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中国农业大学园艺学院学术动态高俊平团队揭示月季花瓣细胞分裂到扩展转变的调节机制

花匠小妙招
2024-11-29 14:51

月季（Rosa hybrida），商业上称之为“玫瑰”，是全球栽培面积最大和产值最高的观赏作物，广泛应用于切花、盆花、庭院绿化以及道路美化等多个方面。花朵是月季最重要的观赏器官，其中花瓣大小直接影响到花朵的开放品质和商品价值。花瓣大小依赖于细胞分裂和细胞扩展的协同调控，但是，迄今为止在全球范围内对于花瓣早期发育过程中，细胞从分裂到扩展转变的激素调节机制远未解明。
近日，中国农业大学园艺学院高俊平教授研究团队在Plant Physiology在线发表了题为 “Transcription factor RhRAP2.4L orchestrates cell proliferation and expansion to control petal size in rose” 的研究论文，揭示了以RhRAP2.4L为核心，调控月季花瓣从细胞分裂到细胞扩展转变的新机制。

该研究发现：细胞分裂素水平直接影响细胞分裂到细胞扩展的转变。通过月季花瓣发育转录组分析，发现一个受细胞分裂素诱导的RhRAP2.4L，沉默该蛋白基因显著缩短了细胞分裂阶段，提前进入细胞扩展阶段，导致花瓣面积明显减小。RhRAP2.4L可以同时靶定细胞分裂抑制因子RhKRP2和细胞扩展促进转录因子RhBPEub。在花瓣细胞分裂早期，较高水平的细胞分裂素通过诱导B型响应调节器RhARR14激活RhRAP2.4L的表达，通过对RhKRP2和RhBPEub表达抑制，使细胞处于分裂状态。在花瓣细胞分裂后期，细胞分裂素水平开始下降，RhRAP2.4L表达量降低，使得RhKRP2和RhBPEub的表达量增加，导致细胞分裂的结束和细胞扩展的开始，从而完成了细胞由分裂到扩展的转变过程（图1）。
综上，该研究建立了月季花瓣早期发育过程中细胞分裂-扩展转变的细胞分裂素主导的转录调控模式，为理解植物器官大小的早期调节提供了新的视角，也为月季花朵开放品质改良的分子育种提供了新的靶点和思路。

图1 发育花瓣发育过程中细胞分裂素诱导RhRAP2.4L调控细胞由分裂向扩增转变

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取得了一系列研究进展，建立了月季基因编辑体系（Journal of Integrative Plant Biology，2023）；揭示了细胞分裂素调控花瓣细胞分裂，控制了花瓣大小（Nature Communications，2023）；阐明了乙烯在月季花朵开放品质的形成和维持中的调节作用，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）；另一方面，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）；解析了乙烯与生长素和细胞分裂素互作，控制了花瓣的脱落和衰老（Plant Cell，2020，2021；Plant Physiology，2017，2023）。
中国农业大学的博士生王亚茹、秦美珠为该论文的共同第一作者，孙小明副教授和高俊平教授为共同通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金、云南省院士专家工作站、云南省现代农业绿色关键技术创新与平台建设项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiad657