Hortic Res | 中国农业科学院蔬菜花卉研究所明军研究员团队揭示LhWRKY44调控亚洲百合花青素的生物合成机制

花青素是一类重要的植物次生代谢产物，赋予植物营养组织和生殖器官丰富的颜色，并保护植物免受环境胁迫下产生的活性氧的影响。百合（Lilium）拥有“球根花卉之王”的美誉，因丰富的花色受到消费者的青睐。其中，在亚洲百合探戈系列中，花青素在空间和时间上的特异性积累导致花被片中产生双色飞溅型斑点，但其具体成色机制不清楚。

2023年8月，Horticulture Research 上线了（Advance Access）中国农业科学院明军研究员团队题为Multifaceted roles of LhWRKY44 in promoting anthocyanin accumulation in Asiatic hybrid lilies (Lilium spp.) 的研究论文。

该研究通过前期的转录组数据筛选到一个WRKY家族差异表达基因LhWRKY44 。表达分析表明LhWRKY44 的表达趋势与花青素积累趋势一致，通过在探戈系列百合‘Tiny Padhye’的花被片、叶片和鳞片中瞬时过表达和沉默证实了LhWRKY44正向调控花青素的积累，该功能在烟草叶片和稳定异源转化的苹果愈伤中也得到进一步验证。研究利用EMSA、酵母单杂交和双荧光酶试验发现LhWRKY44通过直接结合LhF3H 和LhGST 启动子上的W-box激活其表达，进而促进花青素的积累。

图1 LhWRKY44转录因子的分离与鉴定

LhMYBSPLATTER、LhbHLH2和LhWDR被鉴定为参与亚洲百合探戈系列花青素生物合成的MBW复合体，该研究通过Y2H、BiFC、FLC和Co-IP试验发现，LhWRKY44能够与LhMYBSPLATTER发生互作，进而增强MBW复合体的形成及MBW对花青素合成途径结构基因的激活。同时研究发现LhWRKY44也能够与LhMYBSPLATTER启动子结合并激活其表达，即揭示了一种新的WRKY-MBW双重调控模式。

图3 LhWRKY44与LhMYBSPLATTER互作并增强MBW complex之间的相互作用

此外，本研究中还发现，LhWRKY44参与了光和干旱诱导的百合花青素的合成。LhWRKY44 的表达受到光和干旱胁迫处理的诱导，转基因拟南芥及百合花被片均表现出对干旱胁迫的耐受性，进一步研究发现LhWRKY44可通过激活胁迫相关基因的表达提高抗旱能力。综上所述，该研究揭示了LhWRKY44参与调控百合花青苷生物合成的作用机制，研究结果丰富了亚洲百合花青素合成的调控网络，为百合花色分子育种奠定了基础。

中国农业科学院蔬菜花卉所博士研究生毕蒙蒙为论文第一作者，明军研究员与徐雷锋副研究员为该论文的共同通讯作者，杨盼盼、曹雨薇、何国仁老师，研究生梁蕤、王嘉雯、渠雨潇、刘鑫和杨悦等参与了该工作。该项目得到国家自然科学基金（32172624、32172612、31672196）、国家重点研发计划项目（2019YFD1001002）的资助。浙江大学滕元文教授、中国农业科学院蔬菜花卉所崔霞研究员、中国农业大学马男教授和北京农学院田佶教授给予本研究大力支持。

作者团队介绍

团队负责人：明军，男，博士，研究员，博士生导师，先后任中国农科院蔬菜花卉研究所学术委员会、学位委员会委员，花卉研究室副主任。《园艺学报》、《亚热带植物科学》编委。从事百合资源与育种、食药用功能研究，培育百合新品种23个，获国家发明专利10余项，在Plant Physiology等国际期刊发表学术论文100余篇。在国际上率先开发并应用百合SSR标记， 建立了国内最大的百合种质资源收集保存圃（库）及资源共享系统，百合致病菌菌种库及分子鉴定体系平台，百合病毒检测及脱毒原种生产技术体系，百合花色、器官形成及功能性成分代谢发育与遗传研究平台。

团队研究方向：中国农业科学院蔬菜花卉研究所百合课题组是专门从事百合属种质资源的收集保护、评价利用以及百合全产业链科技研究开发工作的国家级研发团队。主要研究方向有百合种质资源与遗传育种；百合花色、器官发生以及抗病（毒）等遗传发育；百合重要营养和生理活性成分及产品加工综合开发等产业化生产技术研究。

文章链接：

‍https://doi.org/10.1093/hr/uhad167

转自：“园艺研究”微信公众号

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