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来源：mScience mCrop
番红花 (Crocus sativus) 是鸢尾花科 (Iridaceae) 的重要成员，主要因其花，特别是柱头而种植，具有重要的经济价值。干燥的柱头形成商业番红花，以其感官特性而闻名，被认为是全球最昂贵的香料。番红花的干柱头已知积累独特的脱辅基类胡萝卜素降解产物，如番红花素，番红花苦苷和番红花醛。尽管番红花是一种高价值作物，但调控其花发育的分子机制在很大程度上仍然未知，因此印度中西医结合研究所植物生物技术公司的研究员们对此进行了研究。
该研究中，重点是鉴定参与调节柱头中脱辅基类胡萝卜素代谢的基因。因为已知Agamous基因可以指定柱头特征，所以作者寻找C类基因特别是在柱头中表达的Agamous基因。观察到CstMADS19编码一个Agamous基因，并在柱头中表现出更高表达水平 (图1A)，因此继续对该基因进行表征，进一步研究了CstMADS19在柱头形成的三个不同阶段的表达谱，发现其表达从黄色到橙色和红色阶段都有所增加 (图1B，C)。脱辅基类胡萝卜素也会从黄色阶段积累到橙色阶段，并且在红色柱头阶段达最高水平。因此，CstMADS19的表达模式与脱辅基类胡萝卜素的积累相匹配，表明该基因参与调节脱辅基类胡萝卜素的生物合成。CstMADS19的功能是通过在C. sativus柱头中短暂地过表达该基因来确定的，与对照载体表达植物相比，35::CstMADS19植株的番红花素浓度显著升高 (图2)。其中一个重要的观察结果是PSY基因的启动子可以催化水解类胡萝卜素/脱辅基类胡萝卜素途径的限制步骤有两个CArG box结合MADS box。此外，能够分裂玉米黄质产生番红花素和番红花苦甙的CCD2基因也有一个CArG box。Y1H实验证实CstMADS19与PSY和CCD2启动子结合 (图3A)，从而建立了CstMADS19的功能机制。
MADS box基因以组合方式起作用形成二聚体和四聚体复合物，进一步推动许多发育程序。它们通过MADS DNA结合区以二聚体形式附着在DNA上，而“K”区允许MADS基因四聚。众所周知，SEPALLATA3 (SEP3) 基因是蛋白-蛋白相互作用的枢纽，能够促进其他MADS基因之间的四聚体化。因此，研究人员迫切地想知道CstMADS19在脱辅基类胡萝卜素的调节中是否也结合了SEPALATA3的对应物，并观察到CstMADS26在柱头中也上调并编码一个类似SEPALATA 3的基因。因此，进行了Y2H和BiFC实验，证实CstMADS19和CstMADS26之间的相互作用 (图3B，C)。作者还研究了CstMADS26在脱辅基类胡萝卜素调节中的作用。CstMADS26在番红花柱头中的过表达导致番红花素显著升高。这证实了CstMADS26 也具有调节脱辅基类胡萝卜素生物合成的作用。为了证实CstMADS19和CstMADS26复合物是否共同调控脱辅基类胡萝卜素的生物合成，研究人员在番红花柱头中共同转化了这两个基因并对番红花素进行了量化，在CstMADS19和CstMADS26均过表达的柱头中，番红花素的含量高出4倍以上。
综上，作者得出结论CstMADS19和CstMADS26分别编码Agamaous和Sepalata 3基因，这两种基因在柱头中均上调。在物理上相互作用，形成一个复合物，结合到脱辅基类胡萝卜素途径基因的启动子如PSY和CCD2，从而积极控制藏红花柱头进行基础的脱辅基类胡萝卜素生物合成。
图1 藏红花MADS Box基因表达谱(a)基于计算机分析的39个MADS Box基因在不同花组织中的表达模式热图(b)qPCR测定的CstMADS19在不同花组织中的表达柱状图(c)。CstMADS19在柱头三个阶段的表达情况:用qPCR测定黄色、橙色和红色。提供了三个重复的平均数据。使用两个内源性对照：微管蛋白和GAPDH的几何平均值对数据进行归一化。为了确定p < 0.05的统计学显著性差异，采用t检验。
图2 CstMADS19过表达对脱辅基类胡萝卜素含量的影响(a)对照和35S CstMADS19植物中藏红花素的HPLC定量(b)HPLC图。为了检验p < 0.05的统计学显著性差异，采用t检验。
图3
(a)利用酵母单杂交法研究了CstMADS19与PSY和CCD2启动子的相互作用。将CstMADS19-AD构建物引入含有PSY和CCD2启动子片段的Y1H诱饵细胞中。在合成dropout培养基SD-Ura/-Leu上筛选转化子，并添加Aureobasidin A。(b)利用酵母双杂交试验研究CstMADS19和CstMADS26的相互作用。将BD-CstMADS19和AD-CstMADS26构建体导入Y2H金细胞。以含空pGADT7载体的Y2H细胞为对照，以pGBKT7-p53和pGADT7- t共转化的细胞为阳性对照。所有转化子均在dropout培养基SD/-Leu/-Trp/-His/-Ade上培养。(c)采用双分子荧光互补(BiFC)法评估CstMADS19和CstMADS26之间的相互作用。检测到的荧光信号提供了CstMADS19和CstMADS26蛋白之间直接物理相互作用的证据。
原文信息：
Khurshaid N, Shabir N, Pala A H, et al. Transcriptome wide analysis of MADS box genes in Crocus sativus and interplay of CstMADS19-CstMADS26 in orchestrating apocarotenoid biosynthesis[J]. Gene, 2024: 148893.
doi.org/10.1016/j.gene.2024.148893.
science direct
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378111924007741?via%3Dihub
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