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    Nature Communications | 中国农业大学园艺学院高俊平团队揭示月季花瓣早期发育的细胞分裂素调节机制


    月季(Rosa hybrida)是重要的观赏作物,被广泛用于切花/盆花生产、城乡绿化美化,并可作为多种化妆品、食品、药品的原料。世界范围内,月季切花产量和产值占到切花总量的1/3以上,是最重要的商品切花。在我国,月季切花的种植面积、产量和产值均居切花首位,具有举足轻重的产业地位。作为观赏植物,其花瓣大小是影响花朵美感的重要因素。

    花朵是月季的主要产品器官,由萼片、花瓣、雌雄蕊等器官构成。其中,花瓣的大小和运动共同决定了花朵的开放品质,从而直接决定了月季的观赏性和经济价值。之前的研究发现,花瓣的大小是花瓣细胞分裂和细胞扩展协同调控的结果。但是,迄今为止,对于花瓣早期发育过程中,控制细胞从分裂阶段过渡到扩展阶段的调节网络,尚不清楚。同时,对这一科学问题的解析,将可帮助我们了解植物器官大小控制的基本原理。

    近日,中国农业大学高俊平教授团队在Nature Communications在线发表了题为“Petal size is controlled by the MYB73/TPL/HDA19-miR159-CKX6 module regulating cytokinin catabolism in Rosa hybrida”的研究论文,揭示了以miR159为核心的调节模块可以通过控制月季花瓣细胞中细胞分裂素的代谢,从而决定花瓣大小的新机制。

     

    研究内容

    该研究以月季切花‘Samantha’为材料,通过转录组-miRNA组联合分析,发现花瓣生长过程中,进化上高度保守的miR159可以靶定和剪切细胞分裂素氧化酶/脱氢酶基因CKX6的转录本,从而决定花瓣大小。在花瓣发育早期,细胞内高水平的miR159使得CKX6无法大量积累,从而维持了花瓣细胞内较高的细胞分裂素水平,维持细胞处于分裂状态。

    随着花瓣的持续发育,一个R2R3型MYB转录抑制子MYB73作为MIR159基因的直接上游调节子,可以通过其互作蛋白TOPLESS将组蛋白去乙酰酶HDA19招募至MIR159基因的启动子区域,通过组蛋白去乙酰化途径,抑制MIR159基因的表达,使花瓣细胞内miR159的水平下降,随之造成其靶基因CKX6的积累,导致细胞分裂素迅速降解,细胞进入扩展状态。通过STTM技术降低miR159的丰度,可以促进CKX6积累,加速细胞分裂素分解代谢,使得花瓣细胞数量降低,花瓣变小。

    相反,外源细胞分裂素处理可以促进细胞分裂,增加花瓣的细胞数量和最终大小,但会导致花瓣扩展的延缓。这些结果表明,花瓣早期发育过程中,miR159/CKX6模块对细胞分裂素水平的精细调控,决定了花瓣细胞由分裂向扩展转变的时间节点,最终控制了花瓣的大小。

     

    图文来源于网络

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