近日，Scientia Horticulturae在线发表了四川农业大学风景园林学院姜贝贝课题组题为Protein phosphatases type 2C regulate branches by interacting with DgLsL and participating in abscisic acid pathway in Chrysanthemum × morifolium的研究论文。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scienta.2024.113752
研究背景
研究结果
1. CmPP2C1和CmPP2C2是DgLsL的互作蛋白
酵母双杂交实验(图1 A)和双荧光素酶实验(图1 B)证明CmPP2C1和CmPP2C2可以与DgLsL互作。
图1 CmPP2C1和CmPP2C2与DgLsL蛋白互作验证
2. CmPP2C1和CmPP2C2参与菊花侧枝发育
CmPP2C1和CmPP2C2在不同组织中的相对表达水平不同（图2 A、B）。在正常生长条件下，CmPP2C1在根中的表达显著高于其他组织。而CmPP2C2在叶中的表达量最高，在根中的表达量最低。两个基因的不同表达模式可能与它们在菊花中的功能有关。
由于顶端优势，在顶芽的旺盛生长过程中，侧芽生长受抑制。 因此对植株进行去顶处理来验证CmPP2C1和CmPP2C2是否与分枝有关。结果显示CmPP2C1和CmPP2C2在去顶处理后都可快速响应，两者的表达水平都在去顶48 h后最高，之后开始下降（图2 C）。此结果表明它们都参与菊花分枝，且CmPP2C1对去顶的响应明显强于CmPP2C2。
图2 CmPP2C1和CmPP2C2组织特异性分析和去顶后表达量分析
为了探究CmPP2C1在菊花侧枝发育过程中的作用，我们将该基因转入菊花并成功获得稳定转基因株系（图3 A），当转基因苗生长至合适大小时进行去顶处理。去顶后，转基因株系OE-1 在48-72h时侧芽生长显著增长，这表明CmPP2C1的过表达可以促进侧枝发育（图3 B、C）。该表型与去顶后CmPP2C1的表达模式一致。
图3过表达CmPP2C1菊花植株的侧枝发育表型
4. 过表达CmPP2C1显著降低了菊花内源ABA和JA的含量
转基因植株中ABA的水平显著降低（图4 A），这意味着ABA水平的降低可以促进侧枝发育，这与其他相关研究一致。我们检测了ABA合成相关基因的表达量变化，转基因菊花中CmNCED3A和CmNCED3-1的表达水平显着降低（图4 B），这可能是内源ABA水平降低的主要原因。
除了已知参与分枝的激素外，转基因植株的JA含量也显著降低（图4 C）。这表明CmPP2C1也负向调节JA含量。 JA被广泛报道参与植物生长和发育，且JA、ABA、GA 等激素之间存在交叉调控网络，因此JA可能是调节菊花分枝的潜在因素。
图4 过表达CmPP2C1菊花植株中内源激素含量及其合成基因的表达量
5. CmPP2C1启动子克隆分析
在CmPP2C1的启动子上发现了多种激素和转录因子的响应元件（图5 A）。此外，CmPP2C1可以响应ABA和GA3两种外源激素处理，这意味着CmPP2C1与激素之间存在复杂的调控关系（图5 B、C）。
图5 CmPP2C1启动子分析及外源激素处理
6. 结论
CmPP2C1和 CmPP2C2是2C型蛋白磷酸酶，可与DgLsL相互作用并在菊花侧枝发育方面发挥作用。过表达CmPP2C1抑制下游ABA合成基因的表达并降低内源ABA的含量。 此外， CmPP2C1和CmPP2C2是否通过对DgLsL的去磷酸化参与菊花的分枝调控仍需进一步研究（图6）。该研究进一步完善了菊花侧枝发育的分子调控网络，并为菊花株型遗传改良提供了有效的基因储备。
图6 CmPP2C1与DgLsL互作调控分枝的作用模型
四川农业大学风景园林学院姜贝贝教授为该论文的通讯作者，硕士研究生汤劭康、凌琴及本科生唐蓓蓓为该论文共同第一作者，已毕业的硕士研究生陈怡君等人也参与了该项工作。该项目得到四川省自然科学基金(No.2023NSFSC1163)和大学生创新训练计划(No. 202410626063)的资助。
团队或作者（第一或者[和]通讯作者）简介
通讯作者：姜贝贝，教授，博士生导师。
研究方向：园林植物培育与应用、菊花分枝发育分子机制解析。
