Plant Physiology[2022 IF 7.4]南京农业大学园艺学院王长泉团队揭示长链非编码RNA调控月季开花的机制
近日，南京农业大学园艺学院王长泉教授团队在Plant Physiology杂志发表了题为“Rose long non-coding RNA lncWD83 promotes flowering by modulating ubiquitination of the floral repressor RcMYC2L”的研究成果，该研究从月季Rosa chinensis‘Old Blush’中鉴定出lncRNA lncWD83，解析了其促进月季开花的分子机制。
“只道花无十日红，此花无日不春风”。月季具有一年四季连续开花特性，而且花色艳丽、花型优雅、寓意美好，深受人们喜爱，其开花调控机制一直是人们关注的热点。LncRNA是一种长度大于200bp的非编码RNA，能够参与植物生长发育、胁迫响应、病原菌防御等多个生命活动过程。越来越多证据表明，lncRNA对植物开花具有重要的调控作用。目前，lncRNA是否参与月季的成花转变仍然不清楚。
该研究首先通过拟南芥开花基因与月季基因数据库的比对，筛选出同源性较高且基因附近含有lncRNA的月季基因，然后对基因对应的lncRNA进行表达量分析，选择了从营养向生殖生长转变中表达差异较明显的lncRNA lncWD83进行详细研究。VIGS沉默lncWD83会导致月季晚花及RcFT的表达下调，表明lncWD83对月季开花及RcFT的表达具有促进作用。分析发现该lncRNA对开花的促进作用并不依赖于其邻近基因RcWD83。随后，以lncWD83作为诱饵，采用RNA pull down和质谱结合的方式，筛选到lncWD83的互作蛋白RcPUB11。沉默RcPUB11同样会造成月季开花延迟和RcFT的表达下调，遗传学分析表明RcPUB11在lncWD83的下游，而且lncWD83对月季开花及RcFT的促进作用依赖于RcPUB11。
RcPUB11作为E3泛素连接酶，通过介导底物的泛素化降解发挥功能。以RcPUB11为诱饵，进行酵母双杂筛库，鉴定到一个bHLH 家族转录因子RcMYC2L。体外泛素化降解实验表明，RcPUB11能够泛素化降解RcMYC2L。结果显示，RcMYC2L沉默植株开花提前、RcFT的表达上调，且在RcPUB11沉默的基础上再沉默RcMYC2L的植株仍然早花、RcFT表达上调。启动子绑定实验结果表明RcMYC2L能够特异性地绑定RcFT启动子的G-box元件，进而抑制RcFT的转录。体外泛素化结合启动子绑定实验表明lncWD83促进RcPUB11介导的RcMYC2L泛素化降解，从而解除RcMYC2L对RcFT的转录抑制。因此，RcPUB11对月季开花的促进是通过泛素化降解RcMYC2L来实现的，而lncWD83可以助力该降解过程。
基于上述研究结果，论文提出了lncRNA调控月季开花的工作模型（下图）。营养生长时期lncWD83的表达量较低，RcMYC2L结合到RcFT的启动子，抑制RcFT表达及开花。生殖生长时期lncWD83的表达量显著升高，结合E3泛素连接酶RcPUB11，助力其对RcMYC2L的泛素化降解，移除RcMYC2L对RcFT的转录抑制，从而促进开花。该研究结果不但揭示月季开花调控的新机制，而且提供了lncRNA调控植物开花的新模式。
南京农业大学园艺学院王长泉教授为该论文的通讯作者，已毕业博士生陈叶清、助理研究员陆俊、博士生王伟男为本文的共同第一作者，博士生范春国、袁国振、钟山青年研究员孙晶晶和刘金义副教授参与了部分研究。本项目受到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。
南京农业大学月季研究团队致力于月季种质资源收集、评价与功能基因挖掘，利用多组学技术挖掘到20多个月季特色功能基因，创制了100多份月季新种质，在光周期、温度和激素调控月季生长发育等研究方面取得重要进展，在Horticulture Research、The Plant Journal、Journal of Experimental Botany、Plant Physiology等期刊发表研究论文10余篇。
原文链接：
https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiad502/7276592?searchresult=1
文章中原生质体的提取和转化使用了RTU4052植物原生质体制备及转化试剂盒。
