MYB家族转录因子WF1调控蒺藜苜蓿花色形成的分子机理研究

The colorful flowers are not only beneficial to the insect mediated pollination and reproduction, but also serve as a model system for investigating the natural selection and evolution in flowering plants. The component and regulation of floral pigmentation in diverse plant species is always a fundamental question in plant science. In this study, we isolated and characterized a floral color mutant named white flower1 (wf1), which has an obvious white-color-flower phenotype comparing to the normal yellow flowers in the wild-type, by screening the Tnt1 retrotransposon tagged lines of the model legume Medicago truncatula. HPLC measurement revealed that the yellow color accumulated in the wild-type M. truncatula flowers is due to the carotenoid pigment lutein and the lutein content is significantly decreased in wf1 flowers. WF1 encodes a R2R3 MYB transcription factor and the WF1 protein can interact with bHLH family protein MtTT8 as well as the WD40 family protein MtTTG1 in BiFC and CoIP assays. Moreover, disruption of either MtTT8 or MtTTG1 leads to a lighter color phenotype with reduced lutein content in M. truncatula flowers. In this project, we will further investigate the molecular mechanism of WF1 mediated MBW complex in regulating carotenoid pigmentation in M. truncatula flowers, which will provide new insights into understanding the regulatory network of floral pigmentation in flowering plants.

花色是植物吸引昆虫传粉进而维持其繁育的重要调控因子，同时也是研究植物自然选择和演化规律的重要模型。构成不同植物特异性花色的花色素成分及其分子调控机制一直是植物学研究领域的重要科学问题。本研究通过定向筛选豆科模式植物蒺藜苜蓿Tnt1逆转座子插入突变体库，分离鉴定了一个与野生型黄色花冠具有显著差异的白花突变体white flower1 (wf1)，HPLC测定分析发现叶黄素(Lutein)是构成蒺藜苜蓿花色的主要色素并且其含量在wf1花中显著降低。WF1基因编码一个R2R3型MYB转录因子，与bHLH家族蛋白MtTT8和WD40家族蛋白MtTTG1存在蛋白互作，同时MtTT8和MtTTG1的功能缺失导致蒺藜苜蓿花中叶黄素含量降低，花色变浅。本项目在此研究基础上，拟通过进一步解析WF1介导的MBW复合体调控蒺藜苜蓿类胡萝卜素合成代谢的分子作用机制，为阐明植物花色形成的分子调控网络奠定理论基础。

花色是植物吸引昆虫传粉进而维持其繁育的重要调控因子，同时也是研究植物自然选择和演化规律的重要模型。构成不同植物特异性花色的花色素成分及其分子调控机制一直是植物学研究领域的重要科学问题。为了揭示豆科植物花色形成的分子机理，我们以豆科模式植物蒺藜苜蓿为材料，通过定向筛选蒺藜苜蓿Tnt1逆转座子插入突变体库，分离鉴定了一系列花色异常的突变体材料，其中一个white flower1 (wf1)表现出极端白花表型，与野生型蒺藜苜蓿黄色花冠形成鲜明对比， HPLC测定分析发现在wf1突变体中类胡萝卜素Lutein的含量显著降低，表明蒺藜苜蓿的黄色花冠主要由类胡萝卜素决定。通过正向遗传学方法克隆到WF1基因，并通过遗传互补实验进行了功能验证。WF1基因编码一个R2R3型MYB家族转录因子，在花组织中高表达，定位于细胞核中且具有很强的转录激活活性。深入研究显示WF1直接调控类胡萝卜素合成基因的表达进而调控蒺藜苜蓿花色的形成。随后进一步研究发现WF1与参与花青素代谢的MtTT8 (bHLH)和MtWD40-1存在蛋白相互作用，同时MtTT8和MtWD40-1的功能缺失导致蒺藜苜蓿花中叶黄素含量降低，花色变浅，深入研究发现MtTT8和MtWD40-1能够增强WF1对类胡萝卜素合成基因的结合和激活活性。表明WF1与MtTT8和MtWD40-1形成MYB/bHLH/WD40 (MBW)复合体调控蒺藜苜蓿花中类胡萝卜素的合成进而影响花色。本项目深入解析WF1参与的MBW复合体通过影响类胡萝卜素Lutein的合成进而调控蒺藜苜蓿花色形成的分子作用机理，为阐明豆科等高等植物花色形成的分子调控网络奠定理论基础，为豆科植物的花色改良提供重要的理论依据，同时也为类胡萝卜素合成代谢调控提供新的研究思路。