南京农大团队揭示H3K27me3修饰调控月季花瓣数的分子机制

植物科学最前沿 · 公众号 · · 2024-03-09 16:35

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近日，南京农业大学园艺学院王长泉教授团队在 The Plant Journal 杂志发表了题为“ Telo boxes within the AGAMOUS second intron recruit histone 3 lysine 27 methylation to increase petal number in rose (Rosa chinensis) in response to low temperatures ”的研究成果，该研究从月季 Rosa chinensis ‘Old Blush’ 的 AGAMOUS 基因中鉴定到Telo boxes在低温下招募H3K27me3修饰，随后抑制 AGAMOUS 表达使得月季在低温下花瓣数目增加。

月季四季连续开花，其花色艳丽、花型丰富、寓意美好，是最受欢迎的花卉之一。其中，月季的花型极为丰富，可分为单瓣型、半重瓣型、半剑瓣型、绒球型等十余种。 其中重瓣型月季品种花瓣数目较不稳定，受环境变化影响很大，但是其具体调控机制尚不明确。

该研究首先通过不同温度处理，确定了月季花瓣数目随着温度降低而逐渐增加，即花瓣数与环境温度负相关。随后通过对花发育相关基因进行荧光定量分析，发现月季中 AGAMOUS 基因表达水平随温度降低而显著降低。进一步研究发现， AGAMOUS 表达水平受内含子影响，且 AGAMOUS 第二个内含子中的Telo boxes对其温度响应是必须的。

在拟南芥中，Telo boxes能够招募PRC2复合体对靶基因进行H3K27me3修饰。因此，该团队通过ChIP-PCR实验，进一步发现 AGAMOUS 的表达与H3K27me3修饰水平负相关。进一步实验表明， AGAMOUS 第二个内含子中的Telo boxes能够与TRB蛋白结合，且TRB蛋白能与PRC2复合体中的核心组分CLF直接互作，从而实现了其对PRC2复合体的招募，进而实现低温下H3K27me3修饰。

基于上述研究结果，论文提出了 AGAMOUS 内含子响应温度信号，调控月季花瓣数目的工作模型。 AGAMOUS 内含子通过Telo boxes响应低温信号，Telo boxes与CLF-TRB蛋白复合体结合，招募H3K27me3修饰，进而抑制了 AGAMOUS 表达，导致低温条件下月季花瓣数目的增多。

图1 低温条件下 H3K27me3修饰调节月季花瓣数量的模型

南京农业大学园艺学院王长泉教授和刘金义副教授为该论文的共同通讯作者，助理研究员陆俊、博士生王伟男、范春国为本文的共同第一作者，钟山青年研究员孙晶晶和博士生袁国振及硕士研究生郭雨含、郁昕雨和常宇飞参与了部分研究。本项目受到国家重点研发计划（2022YFF1003104, 2021YFD1200200）、国家自然科学基金（31972449, 32172615, 32102418）、国家种质创新重点实验室开放课题（Horti-KF-2023-17）和博士后基金等项目的资助。

南京农业大学月季研究团队致力于月季种质资源收集、评价与功能基因挖掘，利用多组学技术挖掘到20多个月季特色功能基因，创制了100多份月季新种质，在光周期、温度和激素调控月季生长发育等研究方面取得重要进展，在Plant Physiology、 Horticulture Research、The Plant Journal、Journal of Experimental Botany等期刊发表研究论文10余篇。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16691

南京农大团队揭示H3K27me3修饰调控月季花瓣数的分子机制

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