Plant Cell | 中国农业大学马男课题组揭示维持月季花瓣中ROS动态平衡的新机制
活性氧（ROS）是呼吸作用、光合作用等生理活动的副产物。高水平的ROS会加速细胞死亡和器官衰老，另一方面，ROS可以作为信号分子，维持细胞正常功能。因此，严格控制细胞内ROS的水平，对于细胞维持正常生理功能和避免早衰具有重要意义。
在叶片等光合器官中，ROS主要通过光合电子传递在叶绿体中生成，并受昼夜节律严格控制。但在花瓣等非光合器官中，ROS水平的调控机制尚不清楚。
2021年5月27日，中国农业大学园艺学院马男教授课题组在The Plant Cell发表了题为The circadian-controlled PIF8-BBX28 module regulates petal senescence by governing mitochondrial ROS homeostasis at night in rose flowers的研究论文，揭示了月季花瓣中昼夜节律维持ROS动态平衡的分子机制。
该研究发现，月季花瓣中过氧化氢（H2O2）水平在夜间快速升高，但在昼间快速下降，表现出与叶片相反的昼夜节律模式，但与花瓣呼吸速率变化规律保持一致。研究人员鉴定到一个与过氧化氢水平昼夜节律一致的基因,。沉默加速月季衰老，并促进夜间月季花瓣中过氧化氢的积累，而后减少了过氧化氢的积累。
图1 RhBBX28基因干扰促进了花瓣衰老，但过表达抑制了花瓣衰老。
进一步研究发现，RhBBX28可影响呼吸代谢相关基因的表达，包括涉及三羧酸循环（TCA循环）和糖酵解途径的大量功能基因。线粒体复合体II（琥珀酸脱氢酶复合体）大亚基RhSDH1（SUCCINATE DEHYDROGENASE 1 ）在维持线粒体ROS稳态中发挥重要作用，该研究发现，RhBBX28可直接结合RhSDH1启动子，并抑制其表达。
研究人员进一步发现，光敏色素互作因子RhPIF8（PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR8 ）直接结合到RhBBX28启动子上，促进其在夜间的转录，从而控制花瓣中过氧化氢水平。
因此，RhPIF8-RhBBX28模块代表了一种新的调控机制，通过调控线粒体ROS产生相关途径中多个功能基因的表达，控制花瓣在夜间呼吸作用，避免花瓣细胞积累过多的mtROS，从而防止花的早衰。研究结果为深入探究植物ROS体内平衡的调控网络提供了新的见解，为花朵品质调控的采后技术研发和月季种质资源创制提供理论基础。
图2 RhPIF8-RhBBX28模块调节了花瓣细胞呼吸作用，避免mtROS在夜间过量积累和花瓣早衰。
中国农业大学园艺学院马男教授为该论文的通讯作者，博士研究生张翼、吴志成为共同第一作者。中国农业大学国家级创新团队负责人高俊平教授和洪波教授、美国加州大学戴维斯分校蒋才忠教授和康奈尔大学甘苏生教授对本研究给予了指导和帮助。上海市农科院蔡友铭研究员和广州市仲恺农业工程学院周厚高教授给予了大力支持。研究工作由国家重点研发基础专项、国家自然科学基金面上项目、北京市科学技术创新与服务能力建设和111计划资助。
论文链接：
https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koab152/6287073