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Nat Commun:中国农大高俊平和洪波团队破解菊花年龄成花途径的分子调节机制

摘要 : 2017年10月10日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communication》杂志在线发表了中国农业大学园艺学院高俊平和洪波教授团队题为《Control of chrysanthemum flowering through integration with an aging pathway》的最新研究论文,文章揭示了“菊花年龄依赖的SPL转录因子被miR156调节影响的开花事件是通过NF-YB8的表达调控实现的”。

2017年10月10日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communication》杂志在线发表了中国农业大学园艺学院高俊平和洪波教授团队题为《Control of chrysanthemum flowering through integration with an aging pathway》的最新研究论文,文章揭示了“菊花年龄依赖的SPL转录因子被miR156调节影响的开花事件是通过NF-YB8的表达调控实现的”。魏倩博士为论文第一作者,高俊平和洪波为论文通讯作者。

菊花属于典型的短日照植物,开花主要依赖光周期变化调节,受短日照诱导成花。在自然状态下,菊花从营养生长到生殖生长期相对漫长。由幼年期影响菊花成花的分子机制一直未曾破解。

近年来,年龄调节途径(Aging Pathway)的分子机制是植物开花领域的研究热点。模式植物拟南芥的研究已经明确,年龄途径主要是通过miR156调节SPL家族成员,进而激活成花素FT的表达,最终实现成花转化的。该研究明确:在菊花年龄依赖的开花途径中,NF-YB8位于miR156/SPL调节模块的上游,并且这一调节机制在植物进化中可能是保守的。

该课题组发现一个调节菊花幼年期到成年期转化的关键基因,核因子(Nuclear Factor-Y)家族成员CmNF-YB8。核因子Y是一类可以与其下游基因启动子序列中的CCAAT原件结合的转录因子,存在于几乎所有的真核生物中。在模式植物拟南芥中,已经明确NF-Y家族成员参与植物光周期成花途径和赤霉素成花途径的调节,但是,目前还未见参与年龄成花途径的报道。

研究发现,CmNF-YB8基因可以调节菊花从幼年期到成年期的提前转化,进而提前成花,并且不受日照长短的影响。在这一过程中,年龄成花途径(Aging Pathway)中的核心组分cmo-miR156和SQUAMOSA PROMOTER BINDING-LIKE (SPL) 家族成员 SPLs主要参与。研究证实cmo-MIR156是CmNF-YB8的直接下游基因,可以恢复因CmNF-YB8沉默引起的植株成年期提前以及提早开花的表型,表明CmNF-YB8影响的菊花开花时间是通过年龄途径直接调节cmo-MIR156的表达而实现的。

高俊平、洪波表示,在实际生产中,幼年期决定的长时间营养生长使得菊花株型的控制和病害的防治成为栽培中的主要问题,需要施用外源植物生长调节剂和农药进行调控。此外,菊花周年生产中因补光和遮光处理发生的人工成本较高,制约了产业的高效运营。该研究结果解析了菊花年龄成花途径的分子调节机制,对于菊花幼年期缩短的种质创制和生产中的花期调控提供了新的认知。

CmNF-YB8 基因参与菊花年龄成花途径的模式图

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在菊花中沉默CmNF-YB8基因导致植株的幼年期缩短

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在菊花中沉默CmNF-YB8基因导致植株开花时间的提早且不受日照长短的影响

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过量表达cmo-miRNA156能够恢复因CmNF-YB8沉默引起的植株提早开花的表型

原文链接:

Control of chrysanthemum flowering through integration with an aging pathway

原文摘要:

Age, as a threshold of floral competence acquisition, prevents precocious flowering when there is insufficient biomass, and ensures flowering independent of environmental conditions; however, the underlying regulatory mechanisms are largely unknown. In this study, silencing the expression of a nuclear factor gene, CmNF-YB8, from the short day plant chrysanthemum (Chrysanthemum morifolium), results in precocious transition from juvenile to adult, as well as early flowering, regardless of day length conditions. The expression of SQUAMOSA PROMOTER BINDING-LIKE (SPL) family members, SPL3, SPL5, andSPL9, is upregulated in CmNF-YB8-RNAi plants, while expression of the microRNA, cmo-MIR156, is downregulated. In addition, CmNF-YB8 is shown to bind to the promoter of the cmo-MIR156 gene. Ectopic expression of cmo-miR156, using a virus-based microRNA expression system, restores the early flowering phenotype caused by CmNF-YB8silencing. These results show that CmNF-YB8 influences flowering time through directly regulating the expression of cmo-MIR156 in the aging pathway.

来源: Nature Communications 浏览次数:0

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