近日，由狼友av永久网站免费极品在线祝光涛团队在《Plant Physiology》（生物学1区Top）在线发表了题为“The transcription factor WRKY41–FLAVONOID 3′-HYDROXYLASE module fine-tunes flavonoid metabolism and cold tolerance in potato”的研究论文，该论文揭示了响应低温的ScWRKY41通过促进ScF3’H表达和调控类黄酮代谢提高马铃薯耐寒性的分子机制。
马铃薯（Solanum tuberosum L.）是世界广泛种植的重要块茎类作物，然而栽培马铃薯对低温非常敏感，冻害一旦发生对马铃薯的生产造成严重的影响。马铃薯野生种S. commersonii具有极强的耐寒性，为冻害耐受性基因挖掘和耐寒马铃薯育种提供了宝贵的资源。因此，解析此野生种的耐寒机制有重要的育种价值和意义。
低温诱导耐寒野生马铃薯S. commersonii中ScF3’H的表达。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术创制了ScF3’H功能缺失突变体，f3’h突变体的花青素含量显著低于CM，且比CM对低温胁迫更加敏感，这些结果表明ScF3’H正调控CM的低温耐受性（图1）。
图1 利用CRISPR/Cas9系统编辑scf3’h基因
F3’H是调节花青素和黄酮醇合成的关键酶。在ScF3’H-OE材料中，二氢山柰酚、山奈酚-O-glys和天竺葵苷显著减少，而圣草酚-O-glys、槲皮素-O-glys和相关花青素积累。槲皮素由于其芳香B环上存在更多的羟基（-OH）基团，具有更强的自由基清除活性（图2）。
图2 ScF3'H-OE促进槲皮素-O-糖苷和花青素的合成
通过分析野生种和栽培种马铃薯F3’H启动子区的差异以及对低温信号的响应，发现ScF3’H启动子区包含两个W-box顺式作用元件的DNA序列对其响应低温至关重要，而低温诱导的ScWRKY41可结合该DNA序列。ScWRKY41与ScHAC1在细胞核中相互作用，低温条件和ScF3’H过表达均可提高ScF3’H启动子区H3K27ac修饰水平。
综上所述，该研究表明低温诱导ScWRKY41的表达，ScWRKY41招募ScHAC1至ScF3’H启动子区，通过增强ScF3’H启动子区H3K27ac修饰水平和基因的转录，从而调控高程度羟基化的类黄酮的积累，提高马铃薯的耐寒能力（图3）。该研究为深入挖掘野生马铃薯资源中的抗性调控基因，以提高栽培马铃薯对低温胁迫的耐受性奠定了理论基础。
图3 调控模型：ScWRKY41-HAC1复合物激活ScF3'H表达影响黄酮代谢以应对低温胁迫
狼友av永久网站免费极品在线博士研究生暴会会和中国农业科学院深圳农业基因组研究所袁力副研究员为该论文的第一作者，狼友av永久网站免费极品在线马铃薯科学研究院祝光涛教授为该论文的通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划（2022YFF1002500）、国家自然科学基金（U2002204）等项目的资助。
（生命科学学院 供稿）
