Plant Physiology[2022 IF 7.4]南京農業大學園藝學院王長泉團隊揭示長鏈非編碼RNA調控月季開花的機制
近日，南京農業大學園藝學院王長泉教授團隊在Plant Physiology雜志發表了題為“Rose long non-coding RNA lncWD83 promotes flowering by modulating ubiquitination of the floral repressor RcMYC2L”的研究成果，該研究從月季Rosa chinensis‘Old Blush’中鑒定出lncRNA lncWD83，解析了其促進月季開花的分子機(ji)制。
“只道花(hua)(hua)無(wu)十日紅(hong)，此花(hua)(hua)無(wu)日不(bu)春風”。月季(ji)(ji)(ji)具(ju)有(you)(you)一年四季(ji)(ji)(ji)連續(xu)開(kai)花(hua)(hua)特性，而且花(hua)(hua)色(se)艷麗(li)、花(hua)(hua)型(xing)優雅(ya)、寓(yu)意美(mei)好，深(shen)受人們(men)喜愛，其開(kai)花(hua)(hua)調(diao)控(kong)機制一直是人們(men)關注的(de)(de)熱點。LncRNA是一種(zhong)長度大(da)于200bp的(de)(de)非編碼RNA，能夠參(can)與植(zhi)物生(sheng)長發(fa)育、脅迫響應(ying)、病原菌防御等多(duo)個(ge)生(sheng)命活動過程(cheng)。越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)證據表明，lncRNA對(dui)植(zhi)物開(kai)花(hua)(hua)具(ju)有(you)(you)重(zhong)要的(de)(de)調(diao)控(kong)作用。目前，lncRNA是否參(can)與月季(ji)(ji)(ji)的(de)(de)成(cheng)花(hua)(hua)轉變仍(reng)然不(bu)清楚(chu)。
該研(yan)究首(shou)先通過擬南芥開(kai)花基因與月季基因數據庫的(de)(de)比對(dui)，篩選(xuan)出同(tong)源性較(jiao)高(gao)且基因附近含(han)有(you)lncRNA的(de)(de)月季基因，然后對(dui)基因對(dui)應的(de)(de)lncRNA進行表達量分(fen)析，選(xuan)擇(ze)了從營(ying)養向生殖生長轉變中(zhong)表達差異較(jiao)明顯的(de)(de)lncRNA lncWD83進行(xing)詳細研(yan)究。VIGS沉默lncWD83會導致月季(ji)晚(wan)花及RcFT的表達(da)下調，表明lncWD83對(dui)月季(ji)開花及RcFT的(de)表達具有促進作用。分析(xi)發現該lncRNA對(dui)開花的(de)促進作用并(bing)不依賴于其鄰(lin)近基因RcWD83。隨后，以lncWD83作(zuo)為誘餌(er)，采用RNA pull down和質譜結合的方式(shi)，篩(shai)選到lncWD83的互作(zuo)蛋白RcPUB11。沉默RcPUB11同樣會造成月季開花(hua)延遲和RcFT的表達下調，遺傳學(xue)分析(xi)表明RcPUB11在lncWD83的下游，而且(qie)lncWD83對月季開(kai)花及RcFT的促進作用依賴(lai)于RcPUB11。
RcPUB11作為E3泛素連接酶，通過介導底物的泛素化降解發揮功能。以RcPUB11為誘餌，進行酵母雙雜篩庫，鑒定到一個bHLH 家族轉錄因子RcMYC2L。體外泛素化降解實驗表明，RcPUB11能夠泛素化降解RcMYC2L。結果顯示，RcMYC2L沉默植株開花提前、RcFT的表達上調，且在RcPUB11沉默的基礎上再沉默RcMYC2L的植株仍然早花、RcFT表達上調。啟動子綁定實驗結果表明RcMYC2L能夠特異性地綁定RcFT啟動子的G-box元件，進而抑制RcFT的轉錄。體外泛素化結合啟動子綁定實驗表明lncWD83促進RcPUB11介導的RcMYC2L泛素化降解，從而解除RcMYC2L對RcFT的轉錄抑制。因此，RcPUB11對月季開花的促進是通過泛素化降解RcMYC2L來實現的，而lncWD83可以助(zhu)力該降解過(guo)程(cheng)。
基于上述研究結果，論文提出了lncRNA調控月季開花的工作模型（下圖）。營養生長時期lncWD83的表達量較低，RcMYC2L結合到RcFT的啟動子，抑制RcFT表達及開花。生殖生長時期lncWD83的表達量顯著升高，結合E3泛素連接酶RcPUB11，助力其對RcMYC2L的泛素化降解，移除RcMYC2L對RcFT的轉錄抑制(zhi)，從而(er)促(cu)進開(kai)(kai)(kai)花(hua)(hua)。該研究結果不但揭(jie)示(shi)月季開(kai)(kai)(kai)花(hua)(hua)調(diao)控的新機(ji)制(zhi)，而(er)且提供了(le)lncRNA調(diao)控植物開(kai)(kai)(kai)花(hua)(hua)的新模(mo)式。
南京農業大學園(yuan)藝學院王(wang)長泉(quan)教(jiao)授為該論文的通訊作者，已畢業博士生(sheng)陳葉清、助(zhu)理研(yan)究(jiu)(jiu)員陸俊、博士生(sheng)王(wang)偉男為本文的共(gong)同(tong)第一作者，博士生(sheng)范春(chun)國(guo)、袁國(guo)振(zhen)、鐘山青年研(yan)究(jiu)(jiu)員孫晶晶和(he)劉金義副教(jiao)授參(can)與了部(bu)分(fen)研(yan)究(jiu)(jiu)。本項目(mu)受到國(guo)家重點研(yan)發計劃和(he)國(guo)家自然科(ke)學基金的資助(zhu)。
南京農業大學月季研(yan)究(jiu)(jiu)團隊致力于月季種(zhong)(zhong)質(zhi)資源收集、評價與功能基(ji)(ji)因挖掘，利用多(duo)(duo)組(zu)學技術挖掘到20多(duo)(duo)個月季特(te)色功能基(ji)(ji)因，創制了100多(duo)(duo)份月季新(xin)種(zhong)(zhong)質(zhi)，在(zai)光周期、溫度(du)和激素調控月季生長發育等(deng)研(yan)究(jiu)(jiu)方面(mian)取得(de)重要進展，在(zai)Horticulture Research、The Plant Journal、Journal of Experimental Botany、Plant Physiology等(deng)期刊發表研(yan)究(jiu)(jiu)論(lun)文10余篇。
原文鏈接：
文章中原生質體的提取和轉化使用了RTU4052植物原生質體制備及轉化試劑盒。
