牡丹中的PsMYB306基因如何控制春花綻放

 

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「庭前芍藥妖無格，池上芙蕖凈少情。 唯有牡丹真國色，花開時節動京城。」這是劉禹錫的《賞牡丹》。牡丹（Paeonia suffruticosa）向來被稱為花王，據說主要親本為中原牡丹（Paeonia cathayana）。

在中國歷史上，牡丹的栽培歷史比較晚。但是唐朝的人瘋狂地愛上了牡丹，留下了非常多詠牡丹的詩。

牡丹開花的需求主要受溫度影響。溫度的變化會促使牡丹花提前或延遲開花。特別是，保持足夠的積溫對牡丹花的開花十分關鍵。在低於4°C的低溫下，牡丹花的根部會進入半休眠狀態，生長停滯。而當氣溫回升時，牡丹花的根部會重新開始生長，隨著溫度的升高而生長加快。到了夏季，氣溫高於30°C時，牡丹花也會進入休眠狀態。

最近中國的研究發現了一個稱為PsMYB306的MYB轉錄因子基因，對牡丹的花芽休眠有重要的影響。

研究團隊先以40天的4°C的低溫處理後發現，牡丹花芽的離層酸（ABA）含量降低50%，而具有生物活性的吉貝素們（GA1和GA3）含量則增加1.3倍。

接著，他們想看看冷處理對牡丹基因表現的影響。在對牡丹進行0天、15天、30天的冷處理後進行的RNA定序實驗顯示，隨著冷處理時間的增加，休眠相關基因的表現量顯著下降，而與休眠釋放相關的基因表現量則逐漸增加。這一結果意味著，低溫處理對於促進牡丹花芽從休眠狀態轉變為生長狀態具有重要作用，並且這一過程涉及到廣泛的基因表現調節。

在這些受到冷處理影響的基因中，研究團隊注意到了PsMYB306，因為冷處理30天使它的表現量下降了6.7倍。進一步的分析顯示，PsMYB306在花芽與種子中表現量明顯高於其他部位，且以ABA處理會讓它的表現量上升，但GA處理不會。

序列分析顯示，PsMYB306可能是一個MYB轉錄因子（transcription factor）。研究人員使用了病毒誘導的基因沉默（Virus-Induced Gene Silencing, VIGS）技術來造成牡丹的PsMYB306基因沉默。這造成花芽休眠釋放的加速，顯示PsMYB306的沉默（基因表達被抑制）對促進花芽從休眠狀態轉移到活躍生長狀態有正面影響。相對的，在矮牽牛中高量表現PsMYB306會抑制矮牽牛種子發芽與生長。

研究團隊想要找到PsMYB306的下游基因，於是便使用它在阿拉伯芥的分身會辨認的序列，在牡丹裡面找到一個可能的候選人PsNCED3。為了證明PsMYB306能夠活化PsNCED3（ABA合成基因）的轉錄，研究團隊採用了雙螢光素酶報告基因系統（Dual-Luciferase Reporter Assay）。在這個系統中，PsNCED3的啟動子被放在報告基因上游，而PsMYB306則被同時表現。透過測量螢光素酶的活性，他們確定PsMYB306能夠增強PsNCED3啟動子的活性，從而證明PsMYB306對PsNCED3的轉錄活化作用。也就是說，PsMYB306能夠有效地活化PsNCED3的轉錄，從而參與調控ABA的合成。

總而言之，透過對牡丹花芽的轉錄體分析，研究團隊找到了一個MYB轉錄因子基因PsMYB306，這個基因的表現與ABA生物合成基因PsNCED3呈正相關。進一步的分析顯示，PsMYB306透過調節ABA和GA的合成與信號途徑，負向調控牡丹花芽的休眠釋放。這一發現為深入了解植物花芽休眠的分子機制提供了新的資訊。

參考文獻：

Yanping Yuan, Lingling Zeng, Derong Kong, Yanxiang Mao, Yingru Xu, Meiling Wang, Yike Zhao, Cai-Zhong Jiang, Yanlong Zhang, Daoyang Sun, Abscisic acid–induced transcription factor PsMYB306 negatively regulates tree peony bud dormancy release, Plant Physiology, 2024;, kiae014, https://doi.org/10.1093/plphys/kiae014