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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:中国农业大学官网
来自: weipijieli > 《生理》
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