JIPB | 沈阳农业大学冯辉教授团队揭示低温诱导观赏羽衣甘蓝叶片转白的分子机制

观赏羽衣甘蓝 (Brassica oleracea var. acephala) 因其叶色丰富、株型多样而具有较高的观赏价值。每年深秋, 当气温降至15℃以下时, 新生叶片逐渐转白或转红, 形成色彩对比鲜明的观赏性状, 成为寒冷季节装点城市街道和景区的特色景观植物。然而, 低温如何影响叶片转色的分子机制仍不清楚。

近日, JIPB在线发表了沈阳农业大学冯辉教授团队题为“The mechanism of newly differentiated leaves of kale turning white in late autumn”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70250)。该团队历时6年, 利用图位克隆、基因组和转录组分析以及分子互作等手段, 解析了低温诱导羽衣甘蓝新生叶片转白的分子调控网络。

研究团队以白叶和绿叶羽衣甘蓝双单倍体纯系为试材, 采用正向遗传学策略, 克隆了白叶基因BoWl; 发现BoCBF1转录因子是响应低温叶片转白通路上的核心调控因子; 鉴定到BoPHL2能够结合BoWl启动子上的LTR元件, 促进白叶基因BoWl的表达; 证明了BoCBF1与低磷响应因子BoPHL2互作, 可增强BoPHL2对BoWl的转录激活作用; 鉴定到与BoWl互作的蛋白ADP-核糖基化因子BoARF1, 能够增强BoWl对叶绿体发育基因BoGLK1的调控作用。研究结果构建了一个低温调控羽衣甘蓝叶片白化的分子模型: 在低温条件下BoCBF1/BoPHL2模块快速积累, 促进其下游基因BoWl的表达, 使绿叶植株中, BoWl与BoARF1相互作用形成功能复合体, 促进叶绿体发育; 而在白叶植株中, BoWl发生突变, 影响了其与BoARF1的互作, 导致叶绿体发育异常, 新生叶片呈现白化表型 (图1)。

图1 羽衣甘蓝叶片响应低温白化的分子机制模型

该研究首次揭示了羽衣甘蓝响应低温新生叶片转白的分子机制, 构建了一个环境低温信号调控植物叶片白化的分子网络, 对于观赏羽衣甘蓝的分子育种有重要的指导意义。

沈阳农业大学园艺学院在读博士研究生宫智超为论文第一作者, 冯辉教授、任杰副教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金 (32573072) 的资助。

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