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Plant Journal | 中国农大高俊平团队揭示茉莉酸和细胞分裂素在调节月季花瓣大小中的协同作用机制

花匠小妙招
2024-12-31 01:13

责编 | 王一

月季（Rosa hybrida）是蔷薇科蔷薇属多年生木本花卉，具有极高的经济价值和观赏价值，广泛应用于鲜切花、盆花、园林绿化及庭院美化等方面。花朵是月季最重要的观赏器官，花瓣是花朵的重要组成部分，花瓣大小决定了花朵大小，进而影响月季花朵最终的观赏品质和经济价值。花瓣的大小是细胞分裂和细胞扩展协同调控的结果，植物激素在这一复杂过程中扮演着关键角色。尽管茉莉酸（JA）在花发育中的作用已被广泛认可，但其如何参与月季花瓣生长的调控，一直是一个未解之谜。

近日，中国农业大学园艺学院高俊平教授研究团队在The Plant Journal在线发表了题为“RhMYC2 controls petal size through synergistic regulation of jasmonic acid and cytokinin signaling in rose”的研究论文，揭示了茉莉酸和细胞分裂素在调节月季花瓣大小中的协同作用机制，为月季花瓣生长调控提供了新的视角。

在先前的研究中，研究团队发现miR159/CKX6模块在月季花瓣早期发育过程中对细胞分裂素水平进行精细调控，决定了花瓣细胞从分裂到扩展的转变时间节点，从而控制了花瓣的大小（Jing, et al., 2024）。进一步的研究发现，植物激素茉莉酸（jasmonic acid, JA）在这一转变过程中的含量显著下降，而茉莉酸调控月季花瓣生长的作用机制尚未见报道。RhMYC2作为JA信号途径的核心转录因子，其是否整合了JA和细胞分裂素通路影响月季花瓣的生长有待进一步揭示。

该研究以月季切花‘Samantha’为材料，通过外源抑制剂（DIECA）处理发现JA显著影响月季花瓣的大小以及细胞的数目。沉默JA信号转导因子RhMYC2缩短了细胞分裂阶段的持续时间，花瓣细胞数量降低，花瓣变小。进一步的研究发现，在花瓣发育早期，高水平的内源JA促进了RhMYC2的表达，RhMYC2通过直接激活细胞分裂素生物合成基因RhLOG3的表达，同时抑制细胞分裂素分解基因RhCKX6的表达使月季花瓣细胞中的活性细胞分裂素维持较高水平，使细胞处于分裂状态。随着花瓣的发育，细胞内JA含量降低，RhMYC2的转录水平下降，减弱了对下游基因RhLOG3的激活作用，以及对RhCKX6的抑制作用，导致细胞分裂素迅速降解，细胞进入扩展状态（图1）。

综上，该研究对茉莉酸和细胞分裂素协同调节花瓣大小的作用机制提出了新的见解，同时也为利用植物激素精准调控月季花朵开放品质提供了理论基础和实践指导。

图1 RhMYC2通过调节月季花瓣中的细胞分裂素稳态而影响细胞分裂

中国农业大学的公菲菲博士生和景维坤博士（现为云南省农科院花卉所副研究员）为该论文的共同第一作者，高俊平教授团队的孙小明副教授为通讯作者。中国农业大学的高俊平教授和江云鹤副教授也参与了相关工作。该项研究得到国家自然科学基金、云南省“兴滇英才支持计划”青年人才（柔性引进）等项目的资助。

据悉，中国农业大学高俊平教授团队近年来在月季花朵开放品质形成和维持的分子机制研究中取得了一系列进展，建立了月季基因编辑体系（Journal of Integrative Plant Biology，2023）；建立了月季花瓣早期发育过程中细胞分裂-扩展转变的调控模型，以及细胞分裂素主导的转录调控模块（Nature Communications，2023；Plant Physiology，2024；Journal of Experimental Botany, 2024）；发现植物激素乙烯在月季花朵开放品质的形成和维持中发挥了关键的调节作用，一方面可以促进花瓣向外张开，加速了开放（Plant Cell，2021；Journal of Experimental Botany, 2023）；一方面，乙烯通过抑制水通道蛋白基因的表达，抑制了花瓣细胞吸水扩展（Nature Plants，2019；Plant Physiology，2008，2013），并与生长素、细胞分裂素和赤霉素等激素互作，调控了花瓣的脱落和衰老（Plant Cell，2020，2021，2024；Plant Physiology，2017，2023）。

论文链接：

https://doi.org/10.1111/tpj.16993