南京农业大学园艺学院揭示CmTEM1介导乙烯抑制菊花开花的分子机制

近日，南京农业大学园艺学院菊花遗传与种质创新团队蒋甲福教授在国际知名期刊The Plant Journal发表了题为“The RAV transcription factor TEMPRANILLO1 involved in ethylene-mediated delay of Chrysanthemum flowering”的论文，揭示了菊花CmTEM1介导乙烯抑制菊花开花的分子调节机制。

“花开不并百花丛，独立疏篱趣未穷” 。菊花（Chrysanthemum morifolium Ramat.）是世界范围广泛栽培和应用的观赏植物，多数菊花品种为短日照植物，开花时间多集中于秋季。目前，虽可通过光温调节进行花期调控以实现菊花周年生产，但反季节生产的高能耗成本严重制约了菊花产业的健康发展。在生产中常用适当浓度的乙烯利辅助加光处理以推迟菊花开花，但其调控的分子机制并不清楚。

RELATED TO ABI3 AND VP1（RAV）转录因子家族是植物特有的一类转录因子，参与调控多个发育和生理过程。TEMPRANILLO 1（TEM1）是RAV转录因子家族的一员，具有转录抑制活性，参与多种开花途径，抑制幼年期向成年期转变。本研究从菊花中分离并鉴定了AtTEM1的同源基因，命名为CmTEM1，研究表明CmTEM1受乙烯诱导上调表达；相较于清水处理的对照，经外源乙烯利处理的野生型菊花晚花11.1 d，两个沉默株系amiR-CmTEM1分别晚花2.1 d和5.2 d，而两个超表达株系CmTEM1-OX分别晚花23.9 d和28.1 d（图1）。这表明沉默株系amiR-CmTEM1对乙烯的敏感性降低，而超表达株系CmTEM1-OX对乙烯更敏感，说明CmTEM1参与乙烯调控菊花开花。

图1 乙烯处理野生型和CmTEM1转基因菊花的开花表型

进一步对超表达株系CmTEM1-OX进行转录组测序分析，发现作为APETALA1（AP1）/FRUITFULL（FUL）亚家族成员的开花整合子CmAFL1的表达显著下调，RT-qPCR实验证实该基因在沉默株系amiR-CmTEM1中上调表达。分子生物学实验表明CmTEM1能直接结合CmAFL1的启动子并抑制其转录。为了进一步明确CmTEM1与CmAFL1之间的调控关系，利用甘蓝卷叶病毒沉默载体表达系统分别在WT和amiR-CmTEM1株系中沉默CmAFL1，表型观察发现CaLCuV-CmAFL1/ amiR-CmTEM1植株开花早于CaLCuV-CmAFL1/WT植株，但晚花于CaLCuV/WT植株（图2）。

图2 CaLCuV-CmAFL1转化野生型和amiR-CmTEM1沉默菊花株系的表型

综上所述，该研究揭示了CmTEM1部分依赖CmAFL1介导乙烯抑制菊花开花的分子机制（图3）。研究结果为深入理解乙烯抑制菊花开花提供了新的认知，为菊花周年生产提供了理论指导。

图3 CmTEM1-CmAFL1介导乙烯抑制菊花开花的工作模式图

南京农业大学园艺学院陈发棣教授领衔的“菊花遗传与种质创新团队”围绕开花优异基因挖掘与分子改良开展了较为深入的创新性研究。发现夏菊花期调控机制与秋菊不同，CmFTL1是夏菊在长日照条件下的开花素，且被CmBBX8直接转录调控，推测该BBX8-FT模块在夏菊开花调控中发挥重要作用（Plant Biotechnology Journal 2020）；CmBBX8 协同CmRCD1和CmERF3 精准调控CmFTL1的表达，防止夏菊从营养生长向生殖生长转换过快，而导致切花品质不良（Horticulture Research 2021，Plant Cell and Environment 2022）。发现秋菊中CmERF110和CmFLK共同通过响应光周期和调控生物钟变化促进菊花开花（Plant Cell and Environment 2022）；而CCT家族蛋白CmNRRa与14-3-3家族蛋白Cm14-3-3μ协同抑制光周期路径（Journal of Experimental Botany 2023）；CmSVP招募CmTPL抑制短日照下开花素基因CmFTL3的表达而调控秋菊低温下的开花（Plant Physiology 2023）。本论文进一步揭示了光周期途径中，菊花受乙烯抑制开花的调控机制，为培育节能菊花新品种提供了优异基因资源。

南京农业大学园艺学院蒋甲福教授为该论文的通讯作者，园艺学院已毕业博士生程华为论文第一作者，菊花遗传与种质创新团队的周李杰讲师、宋爱萍副教授，王利凯教授、陈素梅教授和陈发棣教授等参与了研究工作。该研究得到了国家自然科学基金(31930100、32272756) 等项目的资助。

来源：南京农业大学

转自：“植物研究进展”微信公众号

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