华中农业大学张帆课题组揭示WRKY家族转录因子DcWRKY75促进乙烯诱导的康乃馨花瓣衰老的分子机制

    2021年9月29日，The Plant Journal在线发表了华中农业大学园艺林学学院园艺植物生物学教育部重点实验室、国家柑橘保鲜技术研发专业中心和湖北省洪山实验室张帆教授团队题为“DcWRKY75 promotes ethylene induced petal senescence in carnation (Dianthus caryophyllus L.)”的研究论文，张帆教授为本文通讯作者。

    该研究发现康乃馨WRKY转录因子DcWRKY75通过直接调节乙烯生物合成和衰老相关基因的表达来促进乙烯诱导的康乃馨花瓣衰老。

    花卉作为园艺作物的重要组成部分，在人们日常生活中随处可见，也在美丽中国建设和乡村振兴中扮演着不可或缺的角色。

    鲜切花是花卉的重要流通形式，在节日问候、情感表达和家庭园艺等人类活动中起着关键作用。

    由于鲜切花离开母体，水分和养料得不到有效供给，同时病原菌等有害物质滋生，使得鲜切花的货架期和瓶插期大大缩短。

    开发有效、快速、便捷且绿色环保的新型保鲜剂和保鲜技术已成为鲜切花产业链中亟待解决的瓶颈问题，这就需要针对鲜切花采后花瓣衰老的分子机制开展应用基础研究。

    前期研究表明，植物激素特别是乙烯在大多数重要鲜切花的采后花瓣衰老过程中起着关键的调控作用，但其具体的分子机制却并不十分清楚，这极大地限制了人们对乙烯调控鲜切花采后衰老过程的认识。

    康乃馨又名香石竹(Dianthus caryophyllus L.)，是世界四大鲜切花之一，同时也是一种典型的乙烯敏感性切花，被认为是研究乙烯调控鲜切花采后衰老，特别是花瓣衰老的模式植物。

    过去几十年的研究明确了乙烯对康乃馨花瓣的衰老具有重要的调控作用，但其具体的分子调控机制却并不为人所知。

    为了详细分析乙烯调控康乃馨鲜切花采后花瓣衰老的分子机制，本研究首先构建了乙烯处理不同时间的康乃馨花瓣衰老进程转录组并进行了系统分析。

    研究鉴定发现，WRKY家族转录因子DcWRKY75在康乃馨花瓣中能够快速响应乙烯并显著上调表达。

    通过VIGS技术瞬时沉默DcWRKY75能够明显延长康乃馨花瓣的衰老进程并抑制乙烯的生物合成，同时乙烯生物合成关键基因以及衰老相关基因的表达量明显下降（图1）。

    分子证据表明，DcWRKY75能够结合到乙烯生物合成关键基因以及衰老相关基因的启动子上并促进它们的表达。

    图1. 沉默DcWRKY75能够明显延长乙烯诱导的康乃馨花瓣衰进一步的分子实验表明，乙烯信号核心转录因子DcEIL3-1能够结合到DcWRKY75的启动子上并激活它的表达。

    瞬时沉默DcEIL3-1也能够明显延长康乃馨花瓣的衰老进程并抑制乙烯的生物合成，同时DcWRKY75及其靶基因的表达量也明显下调（图2）。

    研究同时发现，DcEIL3-1和DcWRKY75之间存在直接的相互作用，他们能够形成蛋白复合体来共同调控下游基因的表达。

    图2. 沉默DcEIL3-1能够明显延长乙烯诱导的康乃馨花瓣衰老过程该研究表明，DcEIL3-1-DcWRKY75转录复合体模块对于乙烯诱导的康乃馨鲜切花采后花瓣衰老过程起着关键的调控作用（图3）。

    这为培育货架期和瓶插期延长的康乃馨新品种奠定了关键的理论基础，同时对于其他重要观赏花卉和鲜切花的采后保鲜也具有重要的理论和实践意义。

    图3. DcEIL3-1-DcWRKY75转录复合体调控乙烯诱导的康乃馨花瓣衰老的工作模型本研究得到了中央高校基本科研业务费和华中农业大学高层次人才启动经费项目的资助。