沈阳农业大学孙红梅教授团队揭示RING-H2型E3连接酶基因LdXERICO在百合休眠调控中的关键作用

百合作为一类观赏性极佳的球根花卉，以其广泛的应用形式和较高的经济价值，在全球花卉市场中占据重要地位。明确百合种球休眠机制是实现百合休眠人工调控，进而提高种球品质、保证百合周年生产和高水平栽培的重要前提。休眠是植物体在长期系统发育进程中为抵御外界不良环境、保持物种延续而形成的一种自我保护机制。

2023年2月，Horticulture Research上线了（Advance Access）沈阳农业大学孙红梅教授团队题为The RING-H2 gene LdXERICO plays a negative role in dormancy release regulated by low temperature in Lilium davidii var.unicolor的研究论文，该研究鉴定了调控百合休眠的关键基因LdXERICO，并初步揭示了低温解除百合休眠中以LdXERICO为枢纽的基因调控模式。

该团队前期研究表明脱落酸（ABA）在低温介导的百合休眠解除中发挥重要作用。本研究中，作者使用外源ABA及ABA抑制剂处理明确了ABA对百合休眠的效应；基于WGCNA分析鉴定了低温解除百合休眠进程中与ABA显著相关的枢纽基因LdXERICO。研究表明该基因受外源ABA诱导，在百合生理活动旺盛的顶芽中表达量较高。沉默LdXERICO提高了百合小鳞茎对低温的敏感性并加速其萌发（图1）。该基因与ABA存在协同效应，在拟南芥种子萌发过程中挽救了xerico突变体对ABA的不敏感性。过表达LdXERICO的百合中ABA含量显著增加，表明LdXERICO通过提高内源ABA含量促进百合维持休眠状态（图2）。

图1 沉默LdXERICO加速百合小鳞茎萌发

图2 过表达LdXERICO抑制百合小鳞茎的萌发和生长

该研究在明确了LdXERICO基因功能的基础上筛选了其可能的上游调控因子，鉴定了与LdXERICO高度共表达的低温响应因子Inducer of CBF Expression 1（ICE1）。LdICE1基因转录水平受低温诱导在百合休眠解除进程中显著上调，过表达LdICE1的拟南芥种子萌发提前，且下调了AtXERICO的表达（图3）。

图3 过表达LdXERICO抑制百合小鳞茎的萌发和生长

综上，该研究提出LdXERICO通过增加内源ABA含量促进百合维持休眠状态。在低温解除百合休眠过程中，LdICE1可能响应低温信号并在LdXERICO上游发挥负向调控作用，导致LdXERICO表达水平下降，最终促进百合鳞茎萌发（图4）。该研究为深入解析百合种球休眠的分子机理奠定了理论基础，对实现百合种球休眠精准调控、种球和切花的周年生产具有重要意义。

图4 百合休眠解除进程中LdICERICO基因调控模式图

沈阳农业大学孙红梅教授为该论文通讯作者，青年教师范馨月博士为该论文第一作者，博士生邹晓曼等参与了该工作。该研究得到国家重点研发计划（2018YFD1000407）、辽宁省兴辽英才计划（XLYC2002052）和国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-23）的支持。

作者团队介绍

团队负责人：孙红梅，女，博士，教授，博士生导师，中国园艺学会理事、辽宁省园艺学会监事长，国家现代农业产业技术体系岗位科学家，辽宁“兴辽英才计划”科技创新领军人才，辽宁省学术头雁，辽宁省优秀园艺科技工作者，沈阳市领军人才。先后入选辽宁省优秀青年骨干教师培养计划、辽宁省百千万人才工程培养计划、辽宁省高等学校优秀人才支持计划，荣获辽宁省“巾帼建功标兵”荣誉称号，沈阳市五四奖章获得者。从事百合品质调控及种质创新研究，获辽宁省科技进步二等奖1项、梁希林业科技二等奖1项、辽宁林业科技一等奖2项、二等奖1项。获国家发明专利10项。率先创建了百合高效遗传转化技术体系，为百合基因功能研究和分子设计定向育种奠定了基础。

团队研究方向：百合休眠与唤醒的分子生物学基础和调控技术；百合体细胞胚发生发育的分子机制；百合种质创新和新品种选育；百合鳞茎发育机理和现代高效栽培技术创新。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhad030

转自：“园艺研究”微信公众号

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