近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)菊花遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在《Plant Biotechnology Journal》期刊在線(xiàn)發(fā)表了題為“Competition Binding of CmbHLH1L and CmNLP6/7L to CmbHLH63 Modulates Leaf Senescence in Chrysanthemum”的研究論文。該研究揭示了CmbHLH1L-CmbHLH63-CmNLP6/7L核心轉(zhuǎn)錄復(fù)合體通過(guò)調(diào)控硝酸鹽感受器CmNLP6/7L的表達(dá)，影響葉片衰老的分子機(jī)制。

菊花原產(chǎn)于我國(guó)，是我國(guó)十大傳統(tǒng)名花和世界四大切花之一。切花菊采后貯運(yùn)及瓶插觀(guān)賞過(guò)程中，普遍存在葉片早衰現(xiàn)象，往往發(fā)生于花朵凋謝之前，導(dǎo)致其觀(guān)賞價(jià)值喪失，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)鮮切花保鮮液的主要成分包括碳水化合物（如蔗糖、葡萄糖）、殺菌劑（如次氯酸鈉、8-羥基喹啉鹽）、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑（如植物激素或其抑制劑），以及pH調(diào)節(jié)劑等。眾所周知，人體通過(guò)攝入或外敷適量膠原蛋白和氨基酸可延緩衰老、保持年輕狀態(tài)。那么，是否可以通過(guò)補(bǔ)充蛋白質(zhì)或其合成原料來(lái)延長(zhǎng)切花保鮮期呢？

針對(duì)這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)以易衰老切花菊品種“粉丹特”為研究對(duì)象，通過(guò)分析成熟和衰老葉片轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，鑒定出一個(gè)潛在關(guān)鍵調(diào)控因子CmbHLH63。該基因在衰老過(guò)程中被抑制表達(dá)，而超表達(dá)該基因則促進(jìn)葉片衰老，說(shuō)明CmbHLH63在葉片衰老過(guò)程中起到“剎車(chē)”作用。通過(guò)酵母系統(tǒng)、原生質(zhì)體及煙草葉片瞬時(shí)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，證實(shí)CmbHLH63本身不具備轉(zhuǎn)錄調(diào)控活性，但其過(guò)表達(dá)植株中多數(shù)基因表達(dá)受抑制，其中包括硝酸鹽感受器CmNLP6/7L。研究人員猜測(cè)，CmbHLH63可能通過(guò)與其他具有抑制功能的蛋白互作形成復(fù)合體，進(jìn)而發(fā)揮抑制作用。

進(jìn)一步的互作蛋白篩選表明，CmbHLH63通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性招募轉(zhuǎn)錄抑制子CmbHLH1L和轉(zhuǎn)錄激活子CmNLP6/7L，調(diào)控下游CmNLP6/7L的表達(dá)。研究還發(fā)現(xiàn)，在葉片衰老過(guò)程中，細(xì)胞核內(nèi)的CmbHLH1L分布信號(hào)減弱，而細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的信號(hào)增強(qiáng)。去除CmbHLH1L核定位序列會(huì)顯著減少該蛋白在細(xì)胞核中的分布，影響其調(diào)控葉片衰老的能力。質(zhì)譜分析顯示，CmbHLH1L在衰老過(guò)程中發(fā)生乙?；揎?，其中第140位賴(lài)氨酸（K140）的乙酰化會(huì)阻礙其核定位，導(dǎo)致該蛋白在細(xì)胞質(zhì)中積累，減少與CmbHLH63的互作，從而通過(guò)影響下游CmNLP6/7L的表達(dá)及對(duì)葉片衰老的調(diào)控。

圖1 CmbHLH1L-CmbHLH63-CmNLP6/7L復(fù)合體調(diào)控葉片衰老的分子機(jī)制

該研究揭示了以CmbHLH63為核心的動(dòng)態(tài)調(diào)控復(fù)合體通過(guò)調(diào)控硝酸鹽感受器CmNLP6/7L的表達(dá)，精確影響葉片衰老的分子機(jī)制（圖1），該成果豐富了植物葉片衰老調(diào)控理論，為花卉耐衰老遺傳改良提供候選基因。

基于上述機(jī)制，推測(cè)在保鮮液中補(bǔ)充適量氮源可能有助于促進(jìn)“植物膠原蛋白”的合成，從而實(shí)現(xiàn)菊花葉片的“凍齡”效果。研究團(tuán)隊(duì)在瓶插液中添加適量硝酸鉀作為氮源供應(yīng)，結(jié)果顯示該處理顯著延緩了切花菊的葉片衰老，有效提升了其觀(guān)賞價(jià)值。

圖2 瓶插液中添加硝酸鉀可顯著延長(zhǎng)切花壽命。左圖為對(duì)照，右圖為添加硝酸鉀處理。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)在讀博士研究生楊玉娜和已畢業(yè)碩士錢(qián)紫燕為論文共同第一作者，陳素梅教授和王利凱教授為論文共同通訊作者。蔣甲福教授、陳發(fā)棣教授、碩士研究生李應(yīng)麟、已畢業(yè)碩士研究生劉蕊，以及美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的Hong Qiao教授和Zhengyao Shao博士、美國(guó)北卡羅萊納州立大學(xué)的Debao Huang博士等參與了該研究。美國(guó)弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)Liang Bao博士為本課題提供了建議。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)等項(xiàng)目的資助。