前沿丨我校白菜系统生物学实验室解析抑制不结球白菜开花的分子机制

2024-01-29 来源:园艺学院 作者:园艺学院 图片:

近日,我校白菜系统生物学实验室在Plant Physiology杂志发表了题为“ETHYLENE RESPONSE FACTOR 070 inhibits flowering in Pak-choi by indirectly impairing BcLEAFY expression”的研究论文。该研究解析了乙烯响应因子BcERF070抑制不结球白菜开花的分子机制。

“三天不吃青,双眼冒金星”。不结球白菜具有丰富的营养品质,口感清新,深受人们喜爱,其开花调控机制一直是人们关注的热点。乙烯是一种常见的植物激素,能够参与植物生长发育、胁迫响应、性别分化、生殖开花等多项生命活动。乙烯可以调控不结球白菜的开花时间,但其分子机制还不清楚。

该研究首先对不结球白菜进行不同浓度的乙烯处理,发现乙烯抑制不结球白菜开花。结合实验室前期研究,发现一个乙烯响应因子BcERF070,其表达量被乙烯诱导。VIGS沉默BcERF070表明BcERF070参与乙烯延迟开花的调控路径。采用Y2H、BiFC、LCI、Pull-down和Co-IP等技术手段,筛选到BcERF070的互作蛋白BcMLP328。通过不结球白菜过表达和沉默BcMLP328,表明该基因促进不结球白菜开花,但其调控促进开花的信号通路还不清楚。作者进一步以BcMLP328作为诱饵,筛选获得BcMLP328的互作基因BcbHLH30。BcbHLH30属于bHLH家族基因,通过结合E-box元件来参与多种生命活动。作者通过Y1H、LUC、Chip-qPCR、EMSA等方法证实BcLFY是BcbHLH30的下游靶基因,其转录会被BcbHLH30增强。同时,通过LCI以及EMSA等实验方法证实BcERF070、BcMLP328和BcbHLH30之间的关系。结果发现,BcERF070通过抑制BcMLP328对BcbHLH30-BcLFY的促进作用,进而达到抑制不结球白菜开花的作用。

同时,借助DAP-seq方法,找到BcERF070的下游靶基因。经过Y1H、LUC和EMSA等研究证实BcERF070能够特异性地绑定到BcBBX29的启动子上,进而抑制BcBBX29的转录。VIGS沉默BcBBX29会导致不结球白菜早开花,减少BcFT的表达量,表明BcBBX29对不结球白菜开花具有抑制作用。

基于上述结果,提出了BcERF070响应乙烯抑制不结球白菜开花的工作模型(下图)。通常情况下,BcERF070的表达量较低,正常开花。然而,在乙烯诱导下,BcERF070的表达量显著升高。增多的BcERF070会损伤BcMLP328-BcbHLH30复合物对BcLFY的促进作用,从而导致不结球白菜开花延迟。于此同时,BcERF070还能直接促进开花抑制子BcBBX29的表达,从而降低不结球白菜中BcFT的表达,从而抑制开花。

南京农业大学园艺学院李英教授、刘同坤教授为该论文的共同通讯作者,博士生虞章红为本论文第一作者,博士生陈晓山,李燕,Sayyed Hamad Ahmad Shah,肖栋博士,王建军副教授和侯喜林教授参与了相关研究。本项目受到国家自然科学基金(31872106; 32072575),江苏省种业振兴工程[JBGS (2021)015]和国家蔬菜产业技术体系(CARS-23-A-16)的资助。

审核:吴峰 赵烨烨

校对:王璐 王爽

编辑:赵烨烨

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