百合是我国重要观赏花卉,兼具食药用价值,其产值居于球根花卉首位。种球休眠调控是百合产业核心技术,直接影响植株营养生长、花朵品质和商品种球繁育周期。
2023年8月10日,Nature Plants杂志在线发表了中国农业大学园艺学院吴健与义鸣放教授团队题为Epigenetic silencing of callose synthase by VIL1 promotes the bud growth transition in lily bulbs的研究论文,揭示了VIL1-NFYA7模块在百合种球“休眠——生长”生理转变过程的表观调控分子机制。
该团队前期研究发现,组蛋白甲基化修饰与糖类物质调控脱落酸合成代谢,参与种球休眠生理过程(Plant Physiology, 2023; Plant, Cell & Environment, 2023)。胞间连丝是细胞间能量物质、mRNA、蛋白运输的重要通道,影响细胞分裂分化(Genes,2021)。然而,有关组蛋白修饰调控胞间连丝开闭、参与种球休眠解除的分子机制尚不清楚。
这项最新研究发现,百合从休眠向生长状态转变过程中,转录因子NUCLEAR FACTOR Y,SUBUNIT A7 (LoNFYA7)可以结合在胼胝质合成关键酶基因CALLOSE SYNTHASE 3 (LoCALS3)的启动子上,并通过招募Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2)多梳蛋白复合物亚基VERNALIZATION INSENSITIVE 3-LIKE 1 (LoVIL1)增强LoCALS3位点的H3K27me3组蛋白修饰水平,抑制LoCALS3基因转录,减少胞间连丝处胼胝质的积累,促进物质向芽点运输。此外,研究还发现,LoNFYA7亦可增强LoCALS3位点的H3K9ac修饰水平,调节LoCALS3转录。
为进一步挖掘LoVIL1在百合“休眠——生长”转变的产业价值,研究人员分析了LoVIL1在亚洲百合系列的深休眠卷丹和浅休眠Must See种球中的基因表达,初步确定了LoVIL1与“休眠——生长”转变的相关性。进一步通过在东方百合系列多个品种的验证,证实了LoVIL1可作为百合“休眠——生长”生理转变特性的标记基因。
这项研究发现了招募PRC2的一条新途径,揭示了VIL1-NFYA7模块调节胞间连丝开闭、百合“休眠——生长”转变的分子机制。
中国农业大学园艺学院吴健教授为论文通讯作者,中国农业大学园艺学院博士研究生潘文强、李静如与北京市农林科学院杜运鹏副研究员为论文共同第一作者。中国农业大学园艺学院义鸣放教授和硕士研究生赵雅洁、辛印、王少坤、刘畅,福建省农业科学院方少忠研究员和林智敏副研究员,辽宁省农科院杨迎东研究员,以色列本·古里安大学Michele Zaccai教授,加拿大多伦多大学Sonia Gazzarrini教授,北京市农林科学院张秀海研究员参与了论文研究工作。该研究得到国家青年人才计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、农业农村部农业科研杰出人才、教育部111引智计划、北京市科技创新与服务能力建设重点学科项目、中国农业大学2115人才培育发展支持计划等项目资助。