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花发育过程中具有多种功能的单一 MYB 转录因子,New Phytologist

来源：花匠小妙招时间：2024-12-15 06:09

花发育过程中具有多种功能的单一 MYB 转录因子
New Phytologist ( IF 8.3 ) Pub Date : 2023-07-02 , DOI: 10.1111/nph.19096
Mathilde Chopy 1 , Marta Binaghi 1 , Gina Cannarozzi 1 , Rayko Halitschke 2 , Benoît Boachon 3 , Roel Heutink 4 , Dikki Pedenla Bomzan 3 , Lea Jäggi 1 , Geert van Geest 5 , Julian C Verdonk 4 , Cris Kuhlemeier 1

介绍

花发育可分为花器官特性建立、生长、成熟和衰老。器官同一性是通过 ABC 类基因的组合作用建立的（Coen & Meyerowitz， 1991），并且已经详细研究了它在物种之间如何变化（Soltis等， 2007）。一旦建立，器官就会生长并分化，以在授粉媒介吸引和奖励中发挥其特定功能。授粉后，花瓣和雄蕊衰老，子房内产生种子。R2R3-MYB 转录因子家族第 19 亚组 (SG19) 的成员是花器官发育和成熟后期的关键角色。许多研究，主要是茄科和拟南芥，记录了它们在开花中的功能（Colquhoun 等，2011； Liu & Thornburg， 2012；Reeves等， 2012；Niwa等， 2018 ；Schubert等， 2018）。， 2019），衰老（Colquhoun 等， 2011 ），蜜腺发育（Liu等， 2009 ；Liu & Thornburg， 2012；Schmitt等， 2018），雄蕊发育（Mandaokar 等， 2006 ； Cheng等） al ., 2009 ; Song et al ., 2011 ; Reeves et al ., 2012 ; Qi et al ., 2015 ; Huang et al ., 2017 , 2020 ; Battat et al ., 2019 )，胚珠育性（Schubert et al., 2019）， 2019）、雌蕊长度（Reeves等， 2012；Schubert等， 2019；Yarahmadov等， 2020），以及次生代谢产物如气味化合物的产生（Spitzer-Rimon等， 2010，2012；Van Moerkercke等， 2012；Medina-Puche等， 2015；Ke等， 2021 ），黄酮醇或萜烯（Battat 等， 2019；Shan等， 2020 ）; 杨等人， 2020；C. 张等人， 2021；X.Zhang等人， 2021）（图1a）。这些后期阶段已在多种物种中进行了研究，通常使用多种分子工具。因此，通常不清楚对比突变表型是物种特异性的，还是由于所使用的方法、对特定器官的研究重点或 SG19 MYB 因子的多功能性所致。例如，在一项研究中，针对烟草MYB305 的RNAi 系导致蜜腺成熟缺陷（Liu等人， 2009；Liu & Thornburg， 2012），并在另一项研究中导致花开放缺陷（Colquhoun等人， 2011）。在矮牵牛中也观察到了不同的表型，其中VIGS靶向EOB2仅影响气味产生（Spitzer-Rimon等人， 2010），而 RNAi 则导致开花缺陷（Colquhoun等人， 2011）。

图。1

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分析 R2R3-MYB 亚组 19 (SG19) 家族复杂性，重点关注矮牵牛EOB1 和 EOB2 成员。（a）拟南芥（At）、番茄（Sl）、烟草（Nt）、矮牵牛（Ph）和矮牵牛（Pax）中SG19 R2R3-MYB成员的系统发育分析。节点处的数字表示引导值，比例尺表示每个位点的氨基酸取代数。文献中报道的基因功能在相关表中用黑色方块表示（花开放、花衰老、雄蕊发育、蜜腺发育、胚珠发育、雌蕊长度、黄酮醇、萜烯和香味产生）。(b) 描述 SG19 R2R3-MYB 蛋白质结构和结构域组织的图表。R2R3-MYB 结构域 (RMD SG19 ) 以红色表示，C 端基序 NyWS V / ME / D D I / L W P / S为蓝色，它是转录激活结构域 (TAD) 。RMD SG19参与特定靶基因的 DNA 结合、蛋白质-蛋白质相互作用（与阻遏蛋白，如 DELLA、JAZ 或 bHLH），并包含核定位信号 (NLS)（有关更多详细信息，请参阅支持信息表 S1、S2））。RMD SG19下面的虚线代表假定的二分 NLS 的位置。R2R3-MYB 结构域结合 DNA，TAD 激活靶基因。(c)本研究中使用的酸枣花的花发育阶段、花部分和雌蕊部分。条形，1 厘米。S1 到 S10 = 第 1 阶段到第 10 阶段，有关阶段的更多详细信息请参见图 S3。（d）RT-qPCR 分析酸枣中EOB1和EOB2的表达。从开放的花中解剖不同的花组织（S10）。AO，顶端卵巢；BO，基底卵巢；D0–D4，开花后天数；茎，花茎。相对表达值是具有 SD 的三个生物重复的平均值，针对ACT11和RAN1进行标准化。（e）不同阶段花瓣肢和基部子房（BO）中EOB1和EOB2表达的RNA测序分析（详情见表S5）。

R2R3-MYB SG19 转录因子的特征在于两个主要功能域：位于 N 末端的R2R3-MYB 结构域 (RMD SG19 ) 和位于 C 末端的转录激活结构域 (TAD) (Liu等人， 2009；Schubert等， 2019；Z. Wu等， 2021）（图 1b）。RMD SG19和 TAD 分子功能已使用不同的实验和计算技术进行了单独表征。总之，RMD SG19至少具有三个作用：（1）与不同的蛋白质（bHLHs、JAZs、DELLA 等）相互作用（Song等人， 2011；Qi等人， 2015；Huang等人， 2017）2020；Liu等， 2017；Schubert等， 2019；Yang等， 2020；Ke等， 2021；X.Zhang等， 2021）；(2) 通过识别特定的顺式元件靶标 ([G/A]TT[A/T]GG[T/C]) 结合 DNA (Weirauch等人，2014；Medina-Puche等人， 2015 ) ; (3)通过核定位信号(NLS)到达细胞核(Liu et al ., 2009 )。相反，TAD 招募转录机制，并通过 TAD 和 RMD 的协同作用，调节多种靶标的表达（Sablowski 等，1994 ； Moyano 等，1996； Liu等， 2009 ）；Spitzer-Rimon等人， 2010；Moerkercke等人， 2011；Liu & Thornburg， 2012；Medina-Puche等人， 2015；Battat等人， 2019；Kurilla等人， 2019；Yang 等人。， 2020；卞等人， 2021；柯等人， 2021；C. 张等人， 2021；X. 张等人， 2021；Z. Wu等， 2021；Wang等人， 2022）（支持信息表 S1、S2）。R2R3-MYB SG19蛋白序列具有转录激活因子的典型特征。未发现特征性抑制基序（EAR 或 TLLLRF）（Ma & Constabel， 2019），文献中确定的所有靶标（除一个外）均由 R2R3-MYB SG19 成员直接激活（表 S2）。根据这些结果，SG19 成员与大量相互作用的蛋白质和启动子相关联，提供了调节花卉发育的许多不同过程的潜力。

关于 SG19 在花朵发育过程中的功能的数据复杂且相互矛盾，因此需要对其成员进行深入的结构和功能表征。为此，我们使用了单一系统P. axillaris，其中已鉴定出 SG19 进化枝的两个成员：苯类化合物的排放 I 和 II（EOB1 和 EOB2）。这两个基因具有花特异性的表达模式。我们使用 CRISPR-Cas9 在EOB1和EOB2中产生突变，并分析了它们的不同功能。结构域突变体还揭示了 RMD SG19和 TAD这两个结构域在 EOB2 功能中的具体贡献。这些发现清楚地表明，EOB2 是花器官发育过程中的一种复杂的多功能蛋白。我们的研究有助于解释在物种内部和物种之间观察到的 R2R2-MYB SG19 相关功能的复杂性，并从更广泛的角度研究花的成熟。

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