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东北师范大学研究团队揭示花朵挥发性萜类和黄酮醇合成协同调控机制

花匠小妙招
2024-09-07 14:53

近日，东北师范大学分子表观遗传学教育部重点实验室分别在Journal of Experimental Botany和New Phytologist发表了题为MYB21 interacts with MYC2 to control the expression of terpene synthase genes in flowers of Freesia hybrida and Arabidopsis thaliana和The spatio-temporal biosynthesis of floral flavonols is controlled by differential phylogenetic MYB regulators in Freesia hybrida的研究论文，阐释了香雪兰花朵发育过程中MYB21转录因子对挥发性萜类物质和黄酮醇合成的的转录调控作用，为揭示控制植物花香、花色类物质合成的协同调控机制提供了参考。

植物挥发性萜类物质是一类植物天然产物，几乎所有的植物器官，包括叶、根、茎、花、果实和种子中都能产生，在花朵中尤为丰富，是观赏花卉花香的主要组成成分，可以作为嗅觉信号吸引昆虫前来授粉。黄酮醇是植物中出现的较早，且分布较为广泛的类黄酮物质。与植物的营养组织相比，花朵中的黄酮醇除了保留有抵抗紫外线等作用外，还发挥着其它特殊的功能，如：黄酮醇作为一种辅助色素，可以与花色苷共同影响花朵着色；黄酮醇可以作为一种可被昆虫感知的视觉信号，对蜜蜂、飞蛾等传粉者起到了一定的吸引作用；此外，在番茄、马铃薯、矮牵牛等植物中，黄酮醇可以影响花粉育性，促进花粉萌发和花粉管伸长。因此，花朵中的挥发性萜类物质和黄酮醇物质的合成不仅影响花卉观赏性状（花香和花色），还可以通过与传粉者互作介导物种形成。由此可见，对这两类物质合成的转录调控机制进行解析具有重要的理论意义和潜在的应用价值。

MYB21是一个多功能的转录调控因子，参与调控植物中多种重要生物学过程。本研究表明：在香雪兰中，FhMYB21能够直接结合到香雪兰沉香醇合酶基因FhTPS1启动子区域的MYBCORE BOX区，激活FhTPS1的表达。而FhMYC2能够与FhMYB21Ls互作，形成转录调控复合物，通过抑制FhMYB21与FhTPS1启动子的结合，负向调控FhTPS1的表达。本研究还发现，在香雪兰Red River 花朵发育过程及不同组织中有两个黄酮醇合酶基因FhFLS1和FhFLS2表达，它们的表达分别受SG7家族MYB转录因子和MYB21转录因子的调控。此外，本研究分别在模式植物拟南芥中进一步验证了AtMYB21的功能，发现AtMYB21能够以相同的模式在拟南芥中发挥对花香和花色的调控作用。

该研究结果不仅为研究花朵发育过程中沉香醇和黄酮醇合成调控机制提供了新的思路，同时也为研究沉香醇和黄酮醇在物种形成和植物适应性进化中的重要作用，尤其是在吸引传粉者、促进花粉发育以及提高植物育性等方面的作用奠定了基础。

王丽教授和高翔副教授为该论文的通讯作者，杨中州博士（现周口师范学院教师）和单晓彤博士（现中科院深圳先进技术研究院博士后）分别为第一作者，青年教师李月庆博士为共同第一作者。徐正一教授参与了部分结果讨论和分析。论文受到国家自然科学基金，吉林省科技厅和中央高校基本业务费的资助。

论文链接：

https://academic.oup.com/jxb/advance-article-abstract/doi/10.1093/jxb/eraa184/5818662?redirectedFrom=fulltext

论文链接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.16818