近日，南農(nóng)園藝學(xué)院滕年軍教授團(tuán)隊(duì)在中科院1區(qū)Top期刊Journal of Advanced Research和Horticulture Research上分別發(fā)表了題為“The LoMYB26/LoJAZ4-LoCOMT module regulates anther dehiscence via Jasmonic acid-mediated endothecium lignification in lily”和“LoBLH6 interacts with LoMYB65 to regulate anther development through feedback regulation of gibberellin synthesis in lily”的研究論文，揭示了百合LoMYB26/LoJAZ4-LoCOMT模塊調(diào)控茉莉酸介導(dǎo)的藥室內(nèi)壁木質(zhì)化及花藥開裂的分子機(jī)制，并填補(bǔ)了BLH家族轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)控花藥發(fā)育方面的研究空白。

花藥正常發(fā)育是被子植物完成有性生殖的先決條件之一，而花藥發(fā)育是一個(gè)受多種因素調(diào)控的復(fù)雜生物學(xué)過程，其機(jī)制仍有不明。百合是百合科百合屬植物，因其花藥巨大，一直是研究花藥發(fā)育的理想材料。同時(shí)，百合因其優(yōu)美的外觀、豐富的顏色、宜人的香味備受人們喜愛，具有極高的觀賞和商業(yè)價(jià)值。然而，百合花藥開裂后散出的大量花粉極易沾染花瓣造成花粉污染，嚴(yán)重降低了百合的觀賞價(jià)值，是產(chǎn)業(yè)中亟待解決的關(guān)鍵問題之一。因此，開展百合花藥發(fā)育的研究不僅有助于更深入地了解植物界這一重要的生物學(xué)過程，而且對(duì)利用生物育種技術(shù)培育無花粉污染百合新品種具有重要的實(shí)踐意義。

發(fā)表在Journal of Advanced Research的論文對(duì)百合不同發(fā)育階段花藥木質(zhì)化程度進(jìn)行了研究，通過聯(lián)合分析花藥開裂轉(zhuǎn)錄組，篩選到了一個(gè)轉(zhuǎn)錄水平變化與藥室內(nèi)壁木質(zhì)化進(jìn)程相一致的轉(zhuǎn)錄因子，LoMYB26。對(duì)LoMYB26的功能鑒定，發(fā)現(xiàn)其促進(jìn)百合藥室內(nèi)壁木質(zhì)化并且能調(diào)控木質(zhì)素相關(guān)合成酶基因LoPAL2、LoCOMT和Lo4CL2的表達(dá)。Y1H，EMSA，Dual-Luc實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明LoMYB26可以直接結(jié)合LoCOMT啟動(dòng)子并激活其表達(dá)。基于實(shí)驗(yàn)室前期茉莉酸（Jasmonicacid，JA）促進(jìn)花藥開裂的研究結(jié)果（He et al., 2023, Scientia Horticulturae），我們猜測(cè)JA可能介導(dǎo)藥室內(nèi)壁木質(zhì)化。花藥中JA激素免疫原位結(jié)果暗示JA與藥室內(nèi)壁木質(zhì)化存在關(guān)聯(lián)。進(jìn)一步的研究表明，Me-JA處理能促進(jìn)百合藥室內(nèi)壁木質(zhì)化并誘導(dǎo)LoMYB26和木質(zhì)素相關(guān)合成酶的表達(dá)。此外，JA信號(hào)途徑關(guān)鍵調(diào)控因子LoJAZ4與LoMYB2互作，共同參與調(diào)控JA介導(dǎo)的藥室內(nèi)壁木質(zhì)化和花藥開裂。基于以上結(jié)果，我們提出了LoMYB26與LoJAZ4相互作用參與JA介導(dǎo)的藥室內(nèi)壁木質(zhì)化和花藥開裂的工作模型：當(dāng)具有生物活性的JA (JA- ile, Me-JA）積累時(shí)，LoJAZ4被降解，并釋放轉(zhuǎn)錄因子LoMYB26；LoMYB26直接與LoCOMT啟動(dòng)子結(jié)合，激活其表達(dá)，促進(jìn)木質(zhì)素在花藥內(nèi)壁的沉積和花藥內(nèi)壁的次生增厚，促使花藥適時(shí)開裂。

發(fā)表在Horticulture Research的論文中，我們鑒定到一個(gè)與百合GAMYB轉(zhuǎn)錄因子LoMYB65互作的蛋白LoBLH6，它定位于細(xì)胞核及細(xì)胞質(zhì)中，表現(xiàn)出轉(zhuǎn)錄抑制活性，通過其BELL結(jié)構(gòu)域與LoMYB65相互作用。LoBLH6在花藥發(fā)育過程中持續(xù)表達(dá)，在中后期表達(dá)量尤其高。原位雜交結(jié)果顯示，LoBLH6在絨氈層和小孢子中高表達(dá)，與LoMYB65具有相同的組織特異性。在百合中對(duì)LoBLH6進(jìn)行沉默會(huì)導(dǎo)致花藥發(fā)育異常、花粉數(shù)量減少以及GA含量增加。對(duì)百合施用GA所誘導(dǎo)產(chǎn)生的花藥和花粉表型與LoBLH6沉默所產(chǎn)生的表型相似。進(jìn)一步研究表明，LoBLH6能直接結(jié)合百合GA 20-oxidase1（LoGA20ox1）的啟動(dòng)子以抑制其表達(dá)，并且與LoMYB65共表達(dá)會(huì)增強(qiáng)這種抑制作用。此外，GA處理增強(qiáng)了LoBLH6與LoMYB65之間的相互作用以及它們所形成的復(fù)合體對(duì)靶基因的抑制效果。在百合花藥中小孢子向成熟花粉粒轉(zhuǎn)變的過程中，GA水平維持在一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，而LoBLH6的沉默會(huì)破壞這種穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致花粉發(fā)育異常。本研究揭示了LoBLH6與LoMYB65之間相互作用并通過對(duì)GA合成的反饋調(diào)節(jié)來調(diào)控花藥發(fā)育的新機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)了GAMYB在調(diào)控花藥GA合成方面的新功能，為理解GA在植物花藥發(fā)育中的作用提供了新視角。

上述系列研究不僅豐富了花藥發(fā)育的理論知識(shí)，同時(shí)為培育無花粉污染百合新品種提供了優(yōu)異基因資源和新思路，因此具有較高的理論意義和實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

滕年軍教授團(tuán)隊(duì)博士生方倩倩和已畢業(yè)碩士研究生潘雪為Journal of Advanced Research論文的共同第一作者，滕年軍教授為通訊作者。團(tuán)隊(duì)成員吳澤副教授、鐘山青年研究員徐素娟博士、博士生李婷、碩士生余俊朋、科輔何滿參與了研究。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、江蘇省六大人才高層次人才項(xiàng)目、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金和江蘇省作物種質(zhì)資源保存項(xiàng)目的支持。

團(tuán)隊(duì)碩士生余俊朋、吳澤副教授、已畢業(yè)碩士生劉昕月為Horticulture Research論文的共同第一作者，滕年軍教授為通訊作者。團(tuán)隊(duì)成員鐘山青年研究員徐素娟博士、博士生方倩倩、已畢業(yè)碩士生潘雪、科輔何滿參與了該研究，北京林業(yè)大學(xué)林金星教授對(duì)本研究提供了大力支持。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、江蘇省種業(yè)振興“JBGS”項(xiàng)目和江蘇省農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)項(xiàng)目的支持。

Journal of Advanced Research的論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2025.04.005

Horticulture Research的論文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhae339