园艺院丨菊花遗传与种质创新团队揭示菊花保鲜新机制

近日，南京农业大学菊花遗传与种质创新团队在《Plant Biotechnology Journal》期刊在线发表了题为“Competition Binding of CmbHLH1L and CmNLP6/7L to CmbHLH63 Modulates Leaf Senescence in Chrysanthemum”的研究论文。该研究揭示了CmbHLH1L-CmbHLH63-CmNLP6/7L核心转录复合体通过调控硝酸盐感受器CmNLP6/7L的表达，影响叶片衰老的分子机制。

菊花原产于我国，是我国十大传统名花和世界四大切花之一。切花菊采后贮运及瓶插观赏过程中，普遍存在叶片早衰现象，往往发生于花朵凋谢之前，导致其观赏价值丧失，造成严重经济损失。传统鲜切花保鲜液的主要成分包括碳水化合物（如蔗糖、葡萄糖）、杀菌剂（如次氯酸钠、8-羟基喹啉盐）、植物生长调节剂（如植物激素或其抑制剂），以及pH调节剂等。众所周知，人体通过摄入或外敷适量胶原蛋白和氨基酸可延缓衰老、保持年轻状态。那么，是否可以通过补充蛋白质或其合成原料来延长切花保鲜期呢？

针对这一问题，研究团队以易衰老切花菊品种“粉丹特”为研究对象，通过分析成熟和衰老叶片转录组数据，鉴定出一个潜在关键调控因子CmbHLH63。该基因在衰老过程中被抑制表达，而超表达该基因则促进叶片衰老，说明CmbHLH63在叶片衰老过程中起到“刹车”作用。通过酵母系统、原生质体及烟草叶片瞬时转化实验，证实CmbHLH63本身不具备转录调控活性，但其过表达植株中多数基因表达受抑制，其中包括硝酸盐感受器CmNLP6/7L。研究人员猜测，CmbHLH63可能通过与其他具有抑制功能的蛋白互作形成复合体，进而发挥抑制作用。

进一步的互作蛋白筛选表明，CmbHLH63通过竞争性招募转录抑制子CmbHLH1L和转录激活子CmNLP6/7L，调控下游CmNLP6/7L的表达。研究还发现，在叶片衰老过程中，细胞核内的CmbHLH1L分布信号减弱，而细胞质内的信号增强。去除CmbHLH1L核定位序列会显著减少该蛋白在细胞核中的分布，影响其调控叶片衰老的能力。质谱分析显示，CmbHLH1L在衰老过程中发生乙酰化修饰，其中第140位赖氨酸（K140）的乙酰化会阻碍其核定位，导致该蛋白在细胞质中积累，减少与CmbHLH63的互作，从而通过影响下游CmNLP6/7L的表达及对叶片衰老的调控。

图1 CmbHLH1L-CmbHLH63-CmNLP6/7L复合体调控叶片衰老的分子机制

该研究揭示了以CmbHLH63为核心的动态调控复合体通过调控硝酸盐感受器CmNLP6/7L的表达，精确影响叶片衰老的分子机制（图1），该成果丰富了植物叶片衰老调控理论，为花卉耐衰老遗传改良提供候选基因。

基于上述机制，推测在保鲜液中补充适量氮源可能有助于促进“植物胶原蛋白”的合成，从而实现菊花叶片的“冻龄”效果。研究团队在瓶插液中添加适量硝酸钾作为氮源供应，结果显示该处理显著延缓了切花菊的叶片衰老，有效提升了其观赏价值。

图2 瓶插液中添加硝酸钾可显著延长切花寿命。左图为对照，右图为添加硝酸钾处理。

南京农业大学在读博士研究生杨玉娜和已毕业硕士钱紫燕为论文共同第一作者，陈素梅教授和王利凯教授为论文共同通讯作者。蒋甲福教授、陈发棣教授、硕士研究生李应麟、已毕业硕士研究生刘蕊，以及美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Hong Qiao教授和Zhengyao Shao博士、美国北卡罗莱纳州立大学的Debao Huang博士等参与了该研究。美国弗吉尼亚联邦大学Liang Bao博士为本课题提供了建议。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发等项目的资助。