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永利总站:Plant Physiology |福建农林刘仲健研究团队揭示蝴蝶兰花瓣圆锥状细胞发育和其表皮蜡质合成的分子机制

来源:永利总站发布时间:2021-09-19作者:iplants公众号创建部门:永利总站

2021年 9 月 17 日,Plant Physiology在线刊出了永利总站园林学院兰科植物保护与利用国家林业和草原局重点实验室刘仲健研究团队题为 “R2R3-MYB genes coordinate conical cell development and cuticular wax biosynthesis in Phalaenopsisaphrodite”的重要成果。该研究发现了花部器官表皮蜡质合成的功能基因,揭示了蝴蝶兰花瓣圆锥状细胞发育的分子机制。

蝴蝶兰属是兰科5大观赏属之一,有75种野生种和6个天然杂交种,且已培育出了超5万多个人工杂交种,成为极受人们喜爱的兰花,被誉为“兰中皇后”。它之所以受到人们的青睐,得益于它外形酷似蝴蝶,肥厚而富有质感的花被片和具有长时间开放的花期。这是由于它的花被片表面的圆锥状细胞具有厚的角质层和大量的蜡质堆积,使花朵呈现出质感,提高其抗生物和非生物的胁迫功能使花开放更长时间。然而,这圆锥状细胞的分化、发育与表皮蜡质的成份和合成的分子机制仍然不清楚。

该研究首先通过电镜扫描蝴蝶兰P. aphrodite不同发育阶段的花瓣表面角质层,确定表皮圆锥状细胞的分化发育时间在花朵发育的中后期,进而鉴定调控表皮圆锥状细胞发育的SBG9A-MYB同源基因PaMYB9A1和PaMYB9A2。通过RT-qPCR确定这两个基因表达的时空格局,明确这两个基因参与调控蝴蝶兰花的圆锥状表皮细胞的发育 (Figure 1)。

Figure 1

通过共表达网络分析,发现这两个基因在圆锥状细胞分化的相关通路上的调控功能的分工(Figure 2)。

Figure 2

为了验证PaMYB9A1和PaMYB9A2在表皮圆锥状细胞发育的功能,通过转基因烟草使烟草叶表面增加光亮度,细胞表面明显增加了蜡质的累积,从而证实这个基因具有调控蜡质合成的功能(图3)。

  Figure 3

为了进一步验证PaMYB9A1/2是否像转基因烟草那样在蝴蝶兰花瓣上具有调控蜡质合成的功能,通过构建过表达载体在花瓣上进行瞬时表达和转录组分析,证实了这二个基因的功能,并揭示了PaMYB9A1和PaMYB92调控非常长链脂肪酸(very long-chain fatty acids; VLCFA)合成关键酶的表现。

评估PaMYB9A1和PaMYB9A2在调控圆锥状细胞分化的功能,通过构建PaMYBA91-SRDX和PaMYB9A2-SRDX载体并利用农杆菌系统转导至发育的花瓣,致使花瓣表面圆锥状细胞分化受到抑制 (Figure 4),表明这两个基因调控了圆锥状细胞的分化,进而证实它们通过共同调控细胞壁相关基因以调控圆锥状细胞的发育。

Figure 4

这一研究的成果解释了蝴蝶兰花表面具蜡质层以延长花的开放时间的分子机制,为蝴蝶兰产业的种质创新提供分子基础。永利总站陆祥家博士后为第一作者,台湾成功大学林少红助理教授为共同第一作者,永利总站刘仲健教授为本文的通讯作者,永利总站兰思仁教授和台湾成功大学蔡文杰教授共同主持了该项研究工作。该项目得到了国家自然科学面上项目(no. 31870199),国家重点研发项目(no. 2018YFD1000400)和广东省自然科学基金项目资助。

文章链接:https://dorg/10.1093/plphys/kiab422x.doi.


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