近日，中國農業科學院蔬菜花卉研究所百合課題組在百合腋生珠芽形成分子調控方面取得新進展。相關研究內容“WUSCHEL-Related Homeobox Genes Cooperate with Cytokinin Signalling to Promote Bulbil Formation in Lilium lancifolium”在線發表于 《植物生理學（Plant Physiology）》上。
珠芽指貯藏養分、形態肥大的芽，也叫零余子，著生在植物地上部分的葉腋處。對百合屬植物而言，珠芽是其部分種類重要的繁殖器官。其中，重要的食用和藥用百合卷丹（Lilium lancifolium）是自然三倍體種，不產生種子，其種群自然傳播繁殖完全依賴珠芽。珠芽依附于母體植株生長，單株百合可產生多達上百粒珠芽。成熟珠芽自母體脫落后可發育成新的完整個體，可以像種子一樣繁殖傳播，且完整地保留了母體的特征而較少變異和退化。因此，珠芽繁殖在百合籽球生產繁殖上有很廣闊的應用前景，掌握百合珠芽形成調控機制將有望在生產上發揮珠芽高效繁殖的優勢。目前，關于百合珠芽的形成仍處于初步階段，其分子調控機制尚不清楚。
本研究基于前期卷丹珠芽形成的轉錄數據，通過對差異表達基因進行qRT-PCR及熒光原位雜交，發現LlWOX9和LlWOX11在可形成珠芽的葉腋處高表達，且在珠芽形成過程中表達量持續升高。進一步通過瞬時過表達和VIGS技術對LlWOX9和LlWOX11在珠芽形成中的功能進行了研究，發現過表達LlWOX9和LlWOX11可促進卷丹珠芽形成，而沉默LlWOX9和LlWOX11，卷丹珠芽的形成受到明顯抑制，表明LlWOX9和LlWOX11參與了百合珠芽形成的正向調控。前期研究表明，細胞分裂素B類響應因子type-B LlRRs可正向調控百合珠芽形成。本研究克隆了LlWOX9和LlWOX11的啟動子，發現二者均包含大量的type-B LlRRs結合元件。經驗證發現，type-B LlRRs能夠與LlWOX9和LlWOX11的啟動子結合并促進其轉錄。此外，研究中還發現LlWOX11與細胞分裂素A類響應因子type-A LlRR9（細胞分裂素信號通路負調控因子）啟動子結合并抑制其轉錄，進一步加強細胞分裂素信號促進珠芽啟動和形成。
綜上所述，本研究首次揭示了WUSCHEL-related HOMEOBOX家族中間進化支成員LlWOX9和LlWOX11介導細胞分裂素通路調控百合腋生珠芽形成的分子機制。不僅豐富了植物WOX轉錄因子調控腋生器官形成的理論，也為人工調控百合珠芽形成，顯著提高百合繁殖效率提供了基因儲備，具有重要的科學意義和應用前景。
該論文以中國農業科學院蔬菜花卉研究所為第一完成單位和通訊單位。已畢業博士生何國仁為該論文第一作者，楊盼盼助理研究員和明軍研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金（31902043，32172612）、國家重點研發計劃（2019YFD1001002）、貴州省科技計劃項目（20201Y121）及中央級公益性科研院所基本科研業務費專項（IVF-BRF2021017）的資助和支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiac259
日期：2022-06-13
珠芽指貯藏養分、形態肥大的芽，也叫零余子，著生在植物地上部分的葉腋處。對百合屬植物而言，珠芽是其部分種類重要的繁殖器官。其中，重要的食用和藥用百合卷丹（Lilium lancifolium）是自然三倍體種，不產生種子，其種群自然傳播繁殖完全依賴珠芽。珠芽依附于母體植株生長，單株百合可產生多達上百粒珠芽。成熟珠芽自母體脫落后可發育成新的完整個體，可以像種子一樣繁殖傳播，且完整地保留了母體的特征而較少變異和退化。因此，珠芽繁殖在百合籽球生產繁殖上有很廣闊的應用前景，掌握百合珠芽形成調控機制將有望在生產上發揮珠芽高效繁殖的優勢。目前，關于百合珠芽的形成仍處于初步階段，其分子調控機制尚不清楚。
本研究基于前期卷丹珠芽形成的轉錄數據，通過對差異表達基因進行qRT-PCR及熒光原位雜交，發現LlWOX9和LlWOX11在可形成珠芽的葉腋處高表達，且在珠芽形成過程中表達量持續升高。進一步通過瞬時過表達和VIGS技術對LlWOX9和LlWOX11在珠芽形成中的功能進行了研究，發現過表達LlWOX9和LlWOX11可促進卷丹珠芽形成，而沉默LlWOX9和LlWOX11，卷丹珠芽的形成受到明顯抑制，表明LlWOX9和LlWOX11參與了百合珠芽形成的正向調控。前期研究表明，細胞分裂素B類響應因子type-B LlRRs可正向調控百合珠芽形成。本研究克隆了LlWOX9和LlWOX11的啟動子，發現二者均包含大量的type-B LlRRs結合元件。經驗證發現，type-B LlRRs能夠與LlWOX9和LlWOX11的啟動子結合并促進其轉錄。此外，研究中還發現LlWOX11與細胞分裂素A類響應因子type-A LlRR9（細胞分裂素信號通路負調控因子）啟動子結合并抑制其轉錄，進一步加強細胞分裂素信號促進珠芽啟動和形成。
綜上所述，本研究首次揭示了WUSCHEL-related HOMEOBOX家族中間進化支成員LlWOX9和LlWOX11介導細胞分裂素通路調控百合腋生珠芽形成的分子機制。不僅豐富了植物WOX轉錄因子調控腋生器官形成的理論，也為人工調控百合珠芽形成，顯著提高百合繁殖效率提供了基因儲備，具有重要的科學意義和應用前景。
該論文以中國農業科學院蔬菜花卉研究所為第一完成單位和通訊單位。已畢業博士生何國仁為該論文第一作者，楊盼盼助理研究員和明軍研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金（31902043，32172612）、國家重點研發計劃（2019YFD1001002）、貴州省科技計劃項目（20201Y121）及中央級公益性科研院所基本科研業務費專項（IVF-BRF2021017）的資助和支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiac259
日期：2022-06-13
