近日，北京林木分子设计育种高精尖创新中心付玉杰教授团队在植物学权威期刊Plant Physiology在线发表了题为“Hyperoside regulates its own biosynthesis via MYB30 in promoting reproductive development and seed set in okra”的研究论文，这是该团队继今年4月发表在植物学重要期刊Journal of Experimental Botany杂志上“CDPK6 phosphorylates and stabilizes MYB30 to promote hyperoside biosynthesis that prolongs the duration of full-blooming in okra”一文后的又一突破，该论文揭示了AeMYB30调节金丝桃苷合成促进金花葵生长发育和结实的分子机制。
金花葵是秋葵属中面临濒危的一种药食同源的重要林下经济资源植物。金花葵的花期非常短暂，从开放到枯萎只有几个小时1。因此，花期短是导致金花葵结实率低从而产量不高的重要因素之一。此外，金花葵体内具有特异的类黄酮金丝桃苷，且其含量的变化随花朵的开放程度而升高。类黄酮等小分子化合物作为植物界广泛存在的多酚类化合物，在植物生长发育和抗逆中发挥关键作用，尤为重要的是，类黄酮类物质也对种子衰老和生殖发育过程起到重要的调控作用。
金花葵等非模式植物的研究因缺乏有效而稳定的转基因体系而受到困扰。因此，建立一种稳定高效的转基因体系是至关重要的。为此，该研究同时建立了基于花瓣愈伤（瞬时转化）和胚性愈伤的高效转基因体系（稳定转化）。这两种转化方法作为表征金丝桃苷代谢合成以及该类黄酮对种子发育和种子质量的影响的第一步。依据此方法课题组前期研究发现金丝桃苷作为信号物质，通过AeCDPK6–AeMYB30途径在调节金花葵花期的分子机制中起到重要作用2。
该研究即在此基础上，进一步发现，在金花葵结实过程中金丝桃苷的含量也逐渐升高，与种子的发育阶段趋势较为一致。通过外源喷施金丝桃苷，发现金丝桃苷处理后的金花葵种子的发育优于对照，并且内源金丝桃苷等黄酮代谢物的含量也得到了显著的提升，因此该课题组推测金丝桃苷对于金花葵结实以及次生代谢具有促进作用。于是在金丝桃苷处理后，进一步对相关合成通路酶基因的表达量进行了分析，发现AeUF3GaT、AePAL、AeCHI等关键酶基因的表达量均有所升高。这更加印证了之前的推测，即金丝桃苷作为信号物质对于结实和代谢具有促进作用。
金丝桃苷在花粉萌发到种子发育的四个阶段中，促进了花粉的萌发和生长以及AeUF3GaT、AeADF、AeLURE等相关基因的表达。于是，该课题组筛选了受到金丝桃苷诱导表达最高的基因：AeUF3GaT1，该基因编码类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶。对其启动子以及转录图谱进行分析发现，AeMYB30可能是其上游的调控基因，通过酵母单杂交以及ChIP-PCR验证了AeMYB30对AeUF3GaT1启动子的结合。在AeMYB30的RNAi和OE株系中，AeUF3GaT1的表达趋势与AeMYB30保持一致，证明了AeMYB30对AeUF3GaT1的转录正调控作用。同时AeMYB30转基因株系的花粉萌发率、花粉管长度、平均坐果率等也与对照显著差异。
最后，该课题组获得了AeUF3GaT1的RNAi和OE株系，发现转基因金花葵中AeUF3GaT1的过表达促进了花粉的萌发、花粉管的生长，最终改善了种子结实情况，并增加了黄酮类物质金丝桃苷的含量；而AeUF3GaT1的抑制株系表现出相反的结果。此外，外源施用金丝桃苷可以部分恢复AeUF3GaT1的抑制株系的表型，充分说明了金丝桃苷促进花粉萌发、花粉管生长和结实等的作用。这可能与其他课题组发现的山梨醇小分子化合物对苹果花粉生长的调控作用类似3。在后续的研究中，该课题组将基于该研究对高度响应金丝桃苷诱导的ADF基因的切割与聚合微丝能力在花粉管萌发中的作用展开进一步探究。
本研究相关内容延续之前的研究基础，深度解析了黄酮作为信号物质的调控作用，为金花葵中金丝桃苷的作用提供新的见解，并为培育金花葵类花期较短植物的高产品种的分子育种奠定基础，提供新思路。
本文的通讯作者付玉杰教授常年从事次生代谢产物的合成以及调控经济林木发育和抗逆等研究，第一作者为高精尖中心青年研究员、林学院青年教师杨清，孟冬教授为共同通讯。牛丽丽博士后、董碧莹博士、宋治华博士、曹红燕硕士和杜婷婷硕士等人也在该研究中完成了部分工作。本研究得到了国家自然科学重点基金（319300761）、高等学校学科创新引智111项目（B20088）、国家自然科学优秀青年基金（31922058）、国家自然科学青年基金（31901281，）、国家重点研发计划（2019YFD1000605-1，2018YFD1000602）、江南的注册网址杰出青年人才基金（2019JQ03009）和黑龙江头雁计划（林木遗传和育种创新团队）的资助。
参考文献
（1）Jain N, Jain R,Jain V, Jain S (2012). A review on : abelmoschus esculentus. Pharmacia 1: 84-89
（2）Yang, Q, Dong, B, Wang, L, Song, Z, Meng, D & Fu, Y. (2020). AeCDPK6 phosphorylates and stabilizes AeMYB30 promoting hyperoside biosynthesis to prolong full-blooming period in okra. Journal of Experimental Botany, 71(14).
（3）Li C, Meng D, Pineros MA, Mao Y, Dandekar AM, Cheng L (2020). A sugar transporter takes up both hexose and sucrose for sorbitol-modulated in vitro pollen tube growth in apple. The Plant Cell 32: 449-469.
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