南京农业大学蒋甲福教授团队揭示参与乙烯介导的菊花开花时间调节的候选基因

Horticulturae

菊花是世界最重要的切花之一，在花卉产业中具有重要的经济意义。乙烯可以延迟菊花开花，在菊花生产过程中，乙烯利 (乙烯生成剂) 被广泛用于控制开花时间。乙烯介导的菊花开花延迟的分子机制尚不清楚。南京农业大学蒋甲福教授及其团队在 Horticulturae 期刊发表了文章，对乙烯利处理的菊花进行 RNA 提取和测序，分析植物激素信号传导相关差异表达基因， 揭示了参与乙烯介导的菊花开花时间调节的候选基因，为进一步的研究提供了有用的数据。

研究过程与结果

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本文所用到的研究材料是由南京农业大学菊花种质资源保存中心提供的“神马”菊花插条，生根后移植在装有草炭和营养土 (1:3) 混合物的塑料盆中，并在温室中自然光下生长，于 22:30 至 00:30 用黄色荧光灯照射 2 小时。当植株长出 20 片完全展开的叶子时，将它们转移到生长室 (25°C) 并在自然短日照 (SD) 条件下生长，同时在移入短日照当天对所有植株进行外源清水 (对照) 和乙烯利喷施处理，处理后 6 天取样。每个样品包含三个顶端分生组织和第三片完全展开叶 (从上往下数)。每个处理设置 3 个生物学重复。取样并立即用锡纸包裹，在液氮中速冻，并储存在 −80°C。总共采集了六个样本，对照 (标记为 C) 和乙烯利处理（标记为 T) 样品分别指定为 C-1、C-2 和 C-3 以及 T-1、T-2 和 T-3。对 6 份冷冻样本进行 RNA 提取和测序，从头组装、基因功能注释和差异基因表达分析。

图为菊花在水和乙烯处理下 79 天后的表型。(a)清水处理，(b)为乙烯处理，(c)为现蕾时间统计。

试验发现乙烯会抑制菊花开花, 与以前的报道一致。转录组数据分析结果表明，对照 (C) 和乙烯利处理 (T) 的 6 个样品分别聚集在一起，生物学重复之间 RNA-seq 结果具有可重复性。初步判断乙烯利处理是分离数据集的关键驱动因素。进而分析与植物激素信号转导相关的差异表达基因，鉴定了参与乙烯信号通路的部分基因：ETHYLENE RESPONSE 2 (ETR2)、CONSTITUTIVE TRIPLE RESPONSE 1 (CTR1) 和 EIN3-BINDING F-BOX PROTEIN 2 (EBF2) ，并发现它们在乙烯利处理的样本中出现差异上调表达，而位于乙烯信号路径下游的大多数乙烯反应因子 (ERFs) 表达下调。同时研究者发现，在乙烯利处理后，生长素和 ABA 信号路径相关基因均表达下调，这些结果表明生长素和 ABA 信号通路可能受到乙烯的影响从而影响成花诱导。此外作者还发现节律钟相关基因在乙烯处理后均出现上调表达，而 MYB 和 bHLH 两个转录因子家族基因在乙烯利处理后既有上调表达又有下调表达，这表明它们可能参与乙烯介导的菊花开花调控。由于乙烯利处理后显著抑制菊花开花，研究者进一步分析开花相关基因的表达情况，发现成花整合因子 AP1/FRUITFUL-like (AFL1) 和成花抑制因子 TERMINAL FLOWER 1 (TFL1) 出现显著差异表达。此外，为了验证 RNA-seq 结果的可信度，作者选择了 4 个差异表达基因进行 qRT-PCR 验证，包括 2 个乙烯信号基因 (CTR1 和 EBF2) 和 2 个开花基因 (AFL1 和 TFL1)。选择候选开花基因 CmAFLI 进行异源转化，结果表明 CmAFL1 可以促进拟南芥开花。

研究总结

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本研究利用 RNA 测序技术 (RNA-seq) 对短日照下菊品种“神马”经乙烯利处理和清水处理的植株进行转录组分析，初步得出结论：

• 乙烯信号基因可能参与菊花的开花调控；

• 乙烯可能主要影响生长素和 ABA 信号传导以调节花诱导；

• 乙烯可能会扰乱昼夜节律从而抑制开花；

• 成花激活因子 AFL1 可能是乙烯处理后影响开花的关键基因；

• MYB 和 bHLH 转录因子家族可能参与乙烯介导的菊花开花延迟。

本研究为进一步研究乙烯抑制菊花开花的分子机制奠定了基础。

阅读英文原文

原文出自 Horticulturae期刊

Cheng, H.; Zhou, M.; Si, Y.; Li, W.; Wang, L.; Chen, S.; Chen, F.; Jiang, J. Transcriptome Analysis of Ethylene Response in Chrysanthemum moriflolium Ramat. with an Emphasis on Flowering Delay. Horticulturae2023, 9, 428.

Horticulturae 期刊介绍

主编：Luigi De Bellis, Università del Salento, Italy

期刊重点关注温带到热带园艺的所有领域及相关学科，主题包括果树、蔬菜、花卉、苗圃和风景、以及草药和香料作物等，研究涉及整个园艺供应链。

2022 Impact Factor

3.1

2022 CiteScore

2.4

Time to First Decision

14.7 Days

Acceptance to Publication

2.6 Days

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