Plant Physiology[2022 IF 7.4]南京農業(yè)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(yè)大學園藝學院王長泉教授團隊在Plant Physiology雜志發(fā)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制。

“只道花無十日紅，此花無日不春風”。月季具有一年四季連續(xù)開花特性，而且花色艷麗、花型優(yōu)雅、寓意美好，深受人們喜愛，其開花調控機制一直是人們關注的熱點。LncRNA是一種長度大于200bp的非編碼RNA，能夠參與植物生長發(fā)育、脅迫響應、病原菌防御等多個生命活動過程。越來越多證據(jù)表明，lncRNA對植物開花具有重要的調控作用。目前，lncRNA是否參與月季的成花轉變仍然不清楚。

該研究首先通過擬南芥開花基因與月季基因數(shù)據(jù)庫的比對，篩選出同源性較高且基因附近含有l(wèi)ncRNA的月季基因，然后對基因對應的lncRNA進行表達量分析，選擇了從營養(yǎng)向生殖生長轉變中表達差異較明顯的lncRNA lncWD83進行詳細研究。VIGS沉默lncWD83會導致月季晚花及RcFT的表達下調，表明lncWD83對月季開花及RcFT的表達具有促進作用。分析發(fā)現(xiàn)該lncRNA對開花的促進作用并不依賴于其鄰近基因RcWD83。隨后，以lncWD83作為誘餌，采用RNA pull down和質譜結合的方式，篩選到lncWD83的互作蛋白RcPUB11。沉默RcPUB11同樣會造成月季開花延遲和RcFT的表達下調，遺傳學分析表明RcPUB11在lncWD83的下游，而且lncWD83對月季開花及RcFT的促進作用依賴于RcPUB11。

RcPUB11作為E3泛素連接酶，通過介導底物的泛素化降解發(fā)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(xiàn)的，而lncWD83可以助力該降解過程。

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(yǎng)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，從而促進開花。該研究結果不但揭示月季開花調控的新機制，而且提供了lncRNA調控植物開花的新模式。

南京農業(yè)大學園藝學院王長泉教授為該論文的通訊作者，已畢業(yè)博士生陳葉清、助理研究員陸俊、博士生王偉男為本文的共同第一作者，博士生范春國、袁國振、鐘山青年研究員孫晶晶和劉金義副教授參與了部分研究。本項目受到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金的資助。

南京農業(yè)大學月季研究團隊致力于月季種質資源收集、評價與功能基因挖掘，利用多組學技術挖掘到20多個月季特色功能基因，創(chuàng)制了100多份月季新種質，在光周期、溫度和激素調控月季生長發(fā)育等研究方面取得重要進展，在Horticulture Research、The Plant Journal、Journal of Experimental Botany、Plant Physiology等期刊發(fā)表研究論文10余篇。

原文鏈接：

https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiad502/7276592?searchresult=1

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。