客户署名文章 | 河南农业大学冯建灿/谭彬团队揭秘桃分枝多少的分子机制

桃有着非常悠久的种植历史，是我国的重要果树之一，桃树分枝直接影响其栽培模式、果品产量和品质等，对桃产业的发展至关重要。目前，调控桃分枝形成的分子机制仍然不甚清楚。非编码RNA作为调控真核生物基因表达的重要因子，lncRNA、miRNA在桃分枝的形成过程中的作用机制仍有待研究。      

近日，河南农业大学冯建灿和谭彬课题组在期刊New Phytologist（IF=8.5）杂志上发表了题为The lncRNA1-miR6288b-3p-PpTCP4-PpD2 module regulates peach branch number by affecting brassinosteroid biosynthesis的研究论文，揭示了LncRNA1-miR6288b-3p-PpTCP4级联调控BR合成进而调节桃分枝形成的作用机制。

研究内容      

标准型桃作为主要栽培品种，由于其芽长和分枝率高，需要大量修剪(图1a)。与标准型桃相比，柱型桃的二次枝明显减少，因此无需修剪。

植物激素在调节芽的生长中起重要作用，尤其是生长素、油菜素内酯(BRs)和独角金内酯(SLs)。

研究表明，柱型桃内源BR含量较低，且经外源BR处理后的柱形桃分枝增多。表明柱型桃分枝数量少与BR有关。

图1 外源油菜素内酯(BR)处理显著促进桃树分枝     

PpTCP4与调控拟南芥分枝的关键基因AtBRC2高度相似，外源性BR处理显著降低PpTCP4的表达。荧光定量PCR 结果显示PpTCP4在“赵寿红”中的表达水平明显高于“大久保”，说明PpTCP4与分枝有关。此外，外源性BR处理显著抑制了PpD2的表达，表明PpTCP4和PpD2可能通过影响桃BR的含量参与了桃的分枝。

图2 PpTCP4与油菜素内酯(BR)生物合成基因及BR的相对表达量桃中的内容物      

通过酵母单杂交和DAP-qPCR实验发现PpTCP4可以通过GGGNCC（GGNCCC）基序直接与PpD2启动子结合。通过双荧光素酶实验发现Pptcp4介导的对PpD2启动子活性的抑制可以显著降低BR的含量。

图3 PpTCP4抑制PpD2的表达      

对两种桃树的发芽前叶芽进行miRNA和lncRNA鉴定，共鉴定出218个miRNA和14498个lncRNA，其中miR6288b-3p在“大久保”中表达高于“赵寿红”，双荧光素酶实验结果表明PpTCP4是miR6288b-3p的靶点。

构建了lncRNA1-Op-GUS和lncRNA1-Zp-GUS载体，GUS报告基因分析显示，lncRNA1-Zp-GUS的GUS活性高于lncRNA1-Op-Gus。结果表明在柱型桃中，lncRNA1启动子序列变异使其转录活性显著提高。

通过烟草瞬时表达miR6288b-3p, lncRNA1,mlncRNA1和 PpTCP4，验证了lncRNA1是miR6288b- 3p的内源性靶标模拟物（eTM）的假设。

图4 PpTCP4是miR6288b-3p的靶点      

因此，lncRNA1启动子序列变异使其转录活性显著提高，高表达的lncRNA1通过竞争性结合miR6288b-3p的方式增加PpTCP4的转录，而PpTCP4进一步抑制油菜素内脂BR合成关键基因PpD2的表达，lncRNA1-miR6288b-3p-PpTCP4通过级联调控的方式抑制桃内源BR的合成，而低浓度的BR是柱型桃发枝量显著减少。相反，在普通型桃中，miR6288b-3p通过靶定并剪切的方式抑制PpTCP4的表达， 进而解除PpTCP4对PpD2的转录抑制，增加内源BR含量进而促进桃发枝。

图5 lncRNA1-miR6288b-3p-PpTCP4-PpD2桃分枝调控图

项目介绍      

该研究署名南京瑞源生物（分公司：南京维百瑞检测）为其提供油菜素内酯检测服务。