近日，北京市农林科学院草花所菊花团队在国际期刊Molecular Horticulture（Q1，五年IF=11.0）在线发表了题为“CmVNI2-CmMYB3 module regulates flavonol biosynthesis in response to low temperature in chrysanthemum flower”的研究论文。该研究发现菊花NAC转录因子CmVNI2通过直接调控黄酮醇合成关键调节因子CmMYB3参与菊花低温胁迫下黄酮醇生物合成的分子机制。本研究结果不仅为阐明类黄酮合成的低温响应机制提供新见解，也为功能菊花品质改良的分子育种提供重要理论依据。
菊花（Chrysanthemum morifolium（Ramat.）Kitamura）是我国的传统名花，兼具观赏、食用、药用等多用途。其中，食用、茶用和药用菊花常被称作功能菊花。我国的功能菊花种质资源丰富，药食两用价值具有广阔的开发潜力。菊花中含有大量的具有保健功能的生物活性化合物，如黄酮和黄酮醇等。温度是影响植物中类黄酮合成的关键环境因子。因此，解析菊花类黄酮合成的低温响应机制对于培育高品质功能菊花和打破功能菊花生产地域限制具有重要的理论和应用价值。
本研究首先通过共表达分析筛选到一个与黄酮醇合成关键基因CmF3H表达显著相关的转录因子CmVNI2。研究发现，在10℃低温处理后菊花花序中CmVNI2基因的表达显著下调，同时，花序中黄酮醇的含量明显减少，而黄酮含量则显著增加。
在野菊中沉默CmVNI2的表达能够显著降低转基因株系花序中黄酮醇的积累，同时增加黄酮的含量。在野菊花序中过表达CmVNI2能够显著提高黄酮醇的积累，同时黄酮的含量明显降低。低温处理后，发现野生型和CmVNI2过表达株系花序中的黄酮醇含量均显著下降，而黄酮的含量在低温处理后的野生型和CmVNI2转基因株系中均显著增加。
通过RNA-seq和DAP-seq联合分析筛选到118个CmVNI2介导的调控直接靶点。其中包括黄酮醇合成途径关键基因CmCHS、CmF3H和CmMYB3，以及木质素合成途径关键基因CmHCT和CmCAD。进一步通过酵母单杂交、EMSA和双荧光素酶实验证明了CmVNI2能够直接与CmF3H和CmMYB3启动子结合并调控其表达。最后，在CmVNI2 沉默植株中过表达CmMYB3能够激活黄酮醇合成关键基因的表达并恢复CmVNI2沉默植株中的黄酮醇水平，揭示了菊花中CmVNI2-CmMYB3模块通过级联调控黄酮醇生物合成的分子机制。
研究结果进一步证实菊花管状小花和舌状小花中黄酮醇和黄酮的积累模式存在显著差异，低温环境下黄酮醇下调与黄酮含量的上调，提示黄酮是菊花的关键耐低温代谢物。CmVNI2在菊花类黄酮低温响应过程中扮演重要角色，有助于拓宽我们对植物次生代谢网络调控的理解。
北京市农林科学院草花所博士后姜天华和中国农业大学园艺学院在读博士生孙亚辉为该论文共同第一作者，罗昌助理研究员和黄丛林研究员为共同通讯作者。中国农业大学观赏园艺学院马超教授悉心指导了该工作的构思与设计。该研究得到了北京市农林科学院科技创新能力建设专项等项目的资助。
来源：北京市农林科学院