New Phytologist| 送你一朵小红花(ღ ˘⌣˘ ღ)东北林业大学张旸研究团队合作发现表观遗传调控菊色新机制

浅红淡白间深黄，簇簇新妆阵阵香。菊花作为一种常见的园艺植物，千百年来深深的烙入文人墨客的心里。两千多年来一直通过传统育种进行花色改良，然而，由于菊花的异交习性和高杂合度，开发优良品种显得越来越困难。菊花通常可以通过芽插，枝插和嫁接方式培育，这种无性繁殖过程中体细胞会发生突变，被称为“花蕾运动”，会产生不同颜色的花，这种花色变异是遗传突变还是表观修饰引起的目前还不清楚。

2022年7月16日，东北林业大学张旸/李玉花/张庆祝研究团队合作在New Phytologist在线发表了题为“Mitotically heritable epigenetic modifications of CmMYB6 control anthocyanin biosynthesis in Chrysanthemum”的研究论文，研究发现异色菊花是由花色基因CmMYB6的表达差异引起的，其启动子的甲基化程度决定了花色，且这种甲基化状态在有丝分裂中是可以遗传的。

研究团队在长期菊花培育过程中发现了一株同时具有黄色和粉红色的菊花，利用芽插繁殖，作者分离得到了稳定的单色花株系，用比色仪比较S6生育期的花，发现粉红色花是在黄色花的基础上增加了一点红色与黑色（紫色）混合而成，代谢组分析显示粉红色花的花青素含量显著高于黄色花，而类胡萝卜素与黄酮醇没有显著差异，表明花青素合成差异是花色差异的关键，SLAF-seq结果显示这两个异色株系具有相同的遗传背景，排除了遗传突变的可能（图1）。

那么到底是什么导致了遗传背景相同的株系出现了可遗传的花色差异呢？作者首先分析了花青素合成相关基因的表达水平，发现粉红色花中CmF3H、CmDFR、CmANS和Cm3GT的表达水平显著高于黄色花，而上游结构基因却没有显著差异。那么是谁在调控花青素合成基因表达呢？进一步分析发现，CmMYB6在粉色系与黄色系之间的表达差异是导致花青素合成基因差异的原因（图2）。

那么MYB6是如何调控花青素合成基因表达的呢？作者比较了两个株系MYB6的启动子区域和基因区域，发现是完全一样的。于是作者推测是否由表观遗传修饰引起的，作者对两个株系进行甲基化测序发现，黄色株系MYB6启动子的甲基化水平（55.15%）远高于粉红色株系（7.24%），表明甲基化可能参与MYB6的表达调控。于是作者利用CRISPR-dCas9-TET1cd去甲基化系统去除了MYB6启动子区域的甲基化，发现转基因菊花的MYB6表达水平和花青素喝喝茶能均增加了，发现花瓣出现了少许红色。表明这种异色差异确实是由MYB6启动子的甲基化差异导致的，并且这种差异可以通过有丝分裂遗传下去。

这种花色调节机制是否是普遍存在的还是个别现象呢？作者对11个不同花色的品种进行代谢组与转录组发现，花青素在颜色决定中发挥关键作用，CmMYB6的甲基化在调节花青素合成中的作用也是普遍存在的。

ACKNOWLEDGEMENTS 

东北林业大学汤明威为文章第一作者，感谢东北师范大学徐正一教授对稿件提出的专业评论。本研究得到了国家重点研究发展计划(2018YFD1000400/2018YFD1000405)、黑龙江省自然科学基金(LH2021C006)、黑龙江头雁创新团队计划(Tree Genetic And Three Tain)和中央高校基础研究基金(2572021DS02)的资助。

文章链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.18389

转自：植物科学SCI

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