RhMYB1通过与质膜型水通道蛋白互作参与调节月季花瓣扩展的机制研究

Rose is the most important commercial cut flower worldwide. Normal opening of rose flower depends on petal cell expansion driven by water uptake. And plasma membrane intrinsic protein (PIP) is the first threshold on plasma membrane through which water flows into the cell internal system. Our previous works demonstrated that both RhPIP1;1 and RhPIP2;1 are key members of PIPs involved in water uptake-driven cell expansion. Using the split-ubiquitin yeast two-hybrid system, we screened an interacting protein candidate of RhPIP1;1, RhMYB1, a membrane-anchored R2R3-MYB transcription factor. And further research indicated that RhMYB1 can also interact with RhPIP2;1. In present work, we try to confirm the interaction between RhMYB1 and RhPIP1;1/RhPIP2;1, and to analyze the regulatory mechanism of interaction upon channel activity of RhPIP1;1/RhPIP2;1. At the same time, to RhMYB1, we will analyze its expression pattern and regulation of protein localization. And through over-expressing and silencing analysis, we will study its role in regulation mechanism of petal cell expansion on both transcriptional level and post-transcriptional level. Our work will provide novel evidences to understand mechanism of rose flower opening.

月季是全球第一大切花，其花朵的正常开放依赖于花瓣细胞的吸水扩展。质膜型水通道蛋白（PIP）则是水分跨膜运输进入细胞的主要通道。本项目前期工作已经明确RhPIP1;1 和RhPIP2;1是参与月季花瓣细胞吸水扩展的关键PIP基因。通过分裂泛素化酵母双杂，发现1个膜结合型R2R3-MYB转录因子RhMYB1可以与RhPIP1;1发生互作。进一步分析发现，RhMYB1与RhPIP2;1也能发生互作。在此基础上，本项目拟验证RhMYB1与RhPIP1;1/RhPIP2;1的互作关系，分析蛋白互作对RhPIP1;1/RhPIP2;1通道活性的调节模式。同时，针对RhMYB1，研究其在花器官中的表达特性，及蛋白在细胞内的定位调节，并结合过表达和基因沉默分析，探讨RhMYB1在转录和转录后层面上影响花瓣细胞扩展的调节机制。本项目的实施有望为解析月季花朵开放的分子机制提供新的试验证据和理论基础。

月季是全球第一大切花，其花瓣的吸水扩展是花朵正常开放的前提。前期研究表明，月季质膜型水通道蛋白RhPIP1;1和RhPIP2;1在花瓣细胞的吸水扩展中起到了关键的作用，并通过分裂泛素化酵母双杂系统筛选到一个与RhPIP1;1和RhPIP2;1蛋白均能发生互作的膜定位转录因子RhMYB1。本项目以RhMYB1为切入点，研究发现RhMYB1基因表达与月季开放进程呈负相关。RhMYB1蛋白缺失跨膜区域后能从内膜系统转运到细胞核中，并具有转录抑制活性。通过基因沉默分析验证了月季RhMYB1基因能够抑制月季花瓣的扩展进程。同时，明确了RhMYB1和RhPIP1;1/RhPIP2;1的互作发生在蛋白的跨膜结构上，且RhMYB1能够显著抑制RhPIP2;1在非洲爪蟾卵母细胞中的水通道活性。而且，通过对RhMYB1过表达和沉默植株的测序分析发现，RhMYB1基因可能通过调节碳水化合物合成代谢、植物激素信号转导途径相关基因的表达，影响了细胞扩展和茎的生长，从而抑制植物生长。因此，本项目在转录和转录后层面上阐明了转录因子RhMYB1能够通过与RhPIP2;1互作而下调RhPIP2;1的水通道活性，以及通过调控碳水化合物合成代谢、植物激素信号转导途径相关基因的表达，从而抑制月季花瓣细胞的吸水扩展过程。此外，研究也发现RhMYB1具有增强月季的干旱胁迫耐性的功能，可能与其参与抑制植物的生长进程有关。本课题的研究成果为探究切花月季花朵开放的分子机制提供了新的证据，实践上，也为开发针对月季切花的高效保鲜剂和保鲜技术，及提高月季干旱胁迫耐性的新优品种的育种工作奠定了理论依据。