Nature Commun | CRC-MYB染色质环“牵手”生长素运输，揭示拟南芥蜜腺发育新机制

蜜腺是大多数被子植物花中分泌花蜜的专门组织。花蜜不仅为昆虫等传粉动物提供食物，还直接影响植物传粉效率和作物产量。据统计，约87.5%的开花植物依赖动物传粉，约35%的全球作物依赖动物传粉进行种子和果实生产。因此，蜜腺发育与花蜜分泌不仅是植物繁殖生物学的重要问题，也与农业生产密切相关。

在模式植物拟南芥中，蜜腺在花发育第9期于雄蕊基部形成原基，第13期花开放时直径约100 μm，并通过顶端气孔分泌花蜜，之后随衰老逐渐缩小。遗传学研究早已发现，YABBY家族转录因子CRABS CLAW（CRC）是蜜腺形成的关键调控因子，crc单突变体完全缺乏蜜腺。然而，CRC下游的基因调控网络如何组织、如何在空间上协调生长素运输和蜜腺生长，仍不清楚。

近日，日本奈良先端科学技术大学院大学 Toshiro Ito 与 Nobutoshi Yamaguchi 团队联合多家科研机构在Nature Communications发表了题为A CRC–MYB chromatin loop controls auxin-mediated nectary growth in Arabidopsis的研究论文。该研究系统解析了拟南芥蜜腺发育的调控层级，揭示了CRC–MYB 转录复合物通过介导染色质环形成激活 MAB4 表达，进而通过极性生长素运输驱动蜜腺生长与分化的分子机制。

单细胞+空间双组学绘制图谱，锁定蜜腺发育核心调控因子CRC

为了在全基因组水平解析蜜腺发育的转录特征，研究团队首先对已发表的拟南芥花与角果单核 RNA-seq 数据进行重分析，鉴定出一个显著富集蜜腺标记基因的细胞类群，其中 YABBY 家族转录因子CRC（CRABS CLAW）是该类群中最核心的调控因子。在此基础上，研究团队采用Slide-seq 空间转录组技术，对第 13 期花的蜜腺区域进行原位表达谱分析，在空间水平验证了 CRC、SWEET9）、TPS24等基因的蜜腺特异表达模式。而在crc功能缺失突变体中，蜜腺结构完全消失，这些蜜腺特异基因的表达也几乎完全丧失，证明CRC处于蜜腺发育调控网络的最顶端，是蜜腺形成的必需 “总开关”。

CRC与MYB家族蛋白形成复合物，冗余调控蜜腺生长

前期研究表明，MYB57、MYB21、MYB24 三个 R2R3-MYB 转录因子均参与蜜腺发育，但二者与CRC的功能关联尚不明确。该研究发现，这三个MYB基因在蜜腺中时空表达模式与CRC高度重叠，且功能存在冗余。单基因突变仅导致蜜腺轻度变小，而myb57myb21myb24 三重突变体的蜜腺生长严重受阻，尺寸显著减小。进一步的分子互作实验表明，CRC 与 MYB57、MYB21、MYB24 在体内外均存在直接的物理相互作用，在植物细胞内形成蛋白复合物。ChIP-seq 分析显示，CRC 在全基因组结合 8825 个靶基因，MYB57结合7602个靶基因，其中超过 64%（4904 个）为二者共同靶点，涵盖生长素运输、糖代谢与转运、萜类生物合成、转录调控等多个与蜜腺发育和功能密切相关的通路。转录组分析也证实，这些共同靶基因在crc突变体与myb三重突变体中均显著下调，说明 CRC-MYB 复合物主要作为转录激活子发挥功能。

启动子-增强子染色质环：CRC-MYB精准调控MAB4表达

在众多共同靶基因中，研究团队聚焦到一个调控PIN蛋白极性、参与生长素运输的关键基因——MAB4。深入分析发现，CRC 主要结合在 MAB4 基因转录起始位点（TSS）附近的启动子区，而 MYB57 则主要富集在转录终止位点（TES）下游约 500 bp 的远端区域。该区域具有开放染色质特征，是一个进化保守的增强子元件。由此研究团队提出假说：CRC与MYB分别结合启动子与增强子，通过蛋白互作拉近二者的空间距离，形成启动子-增强子染色质环，从而促进 MAB4 的转录激活。

MAB4-PIN极性运输轴：建立生长素梯度，驱动蜜腺形态建成

MAB4的经典功能是通过限制侧向扩散维持PIN生长素转运蛋白的极性定位，从而调控定向生长素流。在蜜腺发育过程中，MAB4定位于蜜腺表皮细胞的质膜，呈现明显的极性分布，指向蜜腺顶端。MAB4协同AGC激酶，维持PIN1与PIN6的极性定位。在mab4突变体中，PIN1与PIN6的极性定位被破坏，蛋白在质膜上扩散，无法形成定向生长素流；DR5生长素报告信号显示，突变体蜜腺中生长素响应极弱，无法建立正常的生长素梯度，最终导致蜜腺生长受阻。基于上述结果，研究团队提出了蜜腺发育的两阶段调控模型：起始阶段（花发育第 9 期左右）：CRC 率先表达，直接激活 MAB4 及其同源基因（MEL1、NPY8）的表达，启动 PIN 依赖的极性生长素运输，起始蜜腺原基的形成；生长与成熟阶段（第 12-13 期）：MYB57、MYB21、MYB24 开始表达，与 CRC 形成复合物，通过染色质环进一步增强 MAB4 的转录水平，强化 PIN 极性与生长素梯度，驱动蜜腺的持续生长与功能成熟（糖分泌、萜类合成等）。

综上所述，该研究整合多维度组学技术与经典分子遗传学方法，解析了植物蜜腺发育的分子机制。该研究不仅揭示了转录调控与染色质构象如何协同调控植物激素的空间分布，进而驱动器官发生的普遍规律，也为未来通过基因编辑改良作物蜜腺性状、优化传粉效率、提升虫媒作物产量提供了重要的理论基础与基因靶点。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-026-78943-6