蔬菜花卉所百合課題組揭示百合花青素苷生物合成調控新機制

      近日，中國農業科學院蔬菜花卉研究所百合課題組在百合花青素苷生物合成調控方面取得新進展。相關研究內容“Multifaceted roles of LhWRKY44 in promoting anthocyanin accumulation in Asiatic hybrid lilies (Lilium spp.)”在線發表于《園藝研究（Horticulture Research）》（IF：8.7 Q1）上。

      百合（Lilium spp.）擁有“球根花卉之王”的美譽，因花色豐富受到消費者的青睞?；ㄇ嗨剀帐前俸戏奂t色、紫色等花色類型的主要呈色物質，作為類黃酮物質，賦予植物營養組織和生殖器官豐富的顏色，并保護植物免受環境脅迫下產生的活性氧的影響?；ㄇ嗨剀赵诳臻g和時間離散的積累導致百合花被片不同色素沉著模式的形成，這是由于空間調控的基因表達而產生的結果。在亞洲百合探戈系列中，花青素苷的特異性積累導致花被片基部產生飛濺型斑點因而形成雙色，其具體成色機理尚不清楚。

圖1 亞洲百合探戈系列（左一為‘Tiny Padhye’）

      本研究通過前期亞洲百合探戈系列‘Tiny Padhye’的轉錄組數據篩選到一個WRKY家族差異表達基因LhWRKY44。qPCR分析表明LhWRKY44的表達趨勢與花青素苷的積累趨勢一致，進一步通過瞬時過表達和VIGS試驗確定LhWRKY44參與百合花青素苷合成的正向調控，該功能在煙草葉片和穩定異源轉化的蘋果愈傷中也得到進一步驗證。EMSA、酵母單雜交和雙熒光酶試驗結果顯示LhWRKY44通過直接結合LhF3H和LhGST啟動子上的W-box激活其表達，進而促進花青素苷的積累。LhMYBSPLATTER、LhbHLH2和LhWDR是參與亞洲百合探戈系列花青素苷生物合成的MBW復合體，Y2H、BiFC、FLC和Co-IP試驗結果表明LhWRKY44能夠與LhMYBSPLATTER發生互作，進而增強MBW復合體的形成及MBW對花青素苷合成途徑結構基因的激活。同時研究發現LhWRKY44也能夠與LhMYBSPLATTER啟動子結合并激活其表達，即揭示了一種新的WRKY-MBW雙重調控模式。

圖2  LhWRKY44轉錄因子的分離與鑒定

圖3 LhWRKY44與LhMYBSPLATTER蛋白互作并增強MBW復合體的作用

      花青素苷在脅迫條件下通過為光合細胞提供光吸收屏障和清除活性氧發揮保護作用，其在植物營養組織中的積累受到內部因素和外部環境因素的影響，如光、溫度、激素、糖等。因此，植物需要復雜的調節機制來確?；ㄇ嗨剀丈爻林某潭冗m合于無數的發育和環境信號。大量研究顯示，WRKY轉錄因子在抵御環境脅迫過程發揮重要作用。本研究發現，克隆得到的LhWRKY44的啟動子上存在大量的非生物脅迫響應元件，其表達受到干旱脅迫處理的誘導，轉基因擬南芥及百合花被片均表現出對干旱脅迫的耐受性，進一步研究發現LhWRKY44參與了干旱誘導的百合花青素苷的合成并激活脅迫相關基因的表達。此外，LhWRKY44轉基因擬南芥表現出早花現象，表明LhWRKY44可能參與發育信號的調控。

      綜上所述，該研究揭示了LhWRKY44通過多途徑調控百合花青素苷生物合成的作用機制，即一方面LhWRKY44通過直接調控花青素苷合成途徑相關基因促進花青素苷合成。另一方面LhWRKY44通過激活脅迫相關基因表達提高百合耐旱性，參與干旱誘導的百合花青素苷的合成。研究結果豐富了亞洲百合花青素苷合成的調控網絡，為百合花色分子育種提供了理論基礎。

      該論文以中國農業科學院蔬菜花卉研究所為第一完成單位和通訊單位。在讀博士生畢蒙蒙為該論文第一作者，明軍研究員和徐雷鋒副研究員為共同通訊作者。該項目得到國家自然科學基金（32172624，32172612，31672196）、國家重點研發計劃項目（2019YFD1001002）的資助。（宣傳信息員：楊盼盼）

原文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhad167