摘要：近日，华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室与湖北洪山实验室张帆教授课题组在《Plant Biotechnology Journal》发表了题为“An insertion of transposon in DcNAP inverted its function in the ethylene pathway to delay petal senescence in carnation (Dianthus caryophyllus L.)”的研究论文。该研究系统揭示了乙烯在转录后水平调控康乃馨花瓣衰老的分子机制，为园艺作物采后衰老调控提供了新的理论依据。

一、背景与意义

 
康乃馨（香石竹，Dianthus caryophyllus L.）作为世界主要鲜切花之一，具有重要经济与观赏价值，也是研究乙烯调控采后衰老的模式植物。以往研究多聚焦于乙烯在转录水平、翻译后水平及表观遗传层面的调控机制，而其在转录后水平的调控功能尚未明晰。

二、DcNAP等位基因的结构与功能分化

为深入探究乙烯在转录后水平对花瓣衰老的调控，本研究基于课题组已建立的乙烯处理康乃馨花瓣时序转录组数据进行分析，发现NAC家族转录因子基因DcNAP在花瓣衰老进程中受乙烯快速诱导并显著上调表达。进一步研究发现，康乃馨基因组中存在一对DcNAP等位基因，分别为DcNAP与DcNAP-dTdic1。其中，DcNAP-dTdic1等位基因因其第二个外显子中插入了一个886 bp的dTdic1转座子，导致其基因结构发生改变。该插入通过影响RNA选择性剪接，产生了NAC结构域缺失的截短型蛋白DcNAP2；而正常等位基因DcNAP则编码具有完整NAC结构域的蛋白DcNAP1。这一结构性变异导致了等位基因功能的显著分化，从而在乙烯信号通路中发挥相反的调控作用，最终延迟花瓣衰老进程。

图1 dTdic1转座子插入导致衰老关键转录因子DcNAP发生结构变异

三、DcNAP1与DcNAP2的拮抗调控功能

研究进一步通过VIGS技术进行功能验证，发现瞬时沉默DcNAP1可显著延缓康乃馨花瓣衰老进程，并伴随乙烯生物合成关键基因及衰老相关基因表达的显著下调；与此相反，瞬时沉默DcNAP2则明显加速花瓣衰老，同时促进上述两类基因的表达显著上调。上述结果揭示，DcNAP1与DcNAP2在调控康乃馨花瓣衰老过程中呈现出相互拮抗的生物学功能，从而精细调控乙烯介导的衰老进程。

图2 沉默DcNAP1和DcNAP2能够分别延缓和加速康乃馨花瓣的衰老进程

四、DcNAP1与DcNAP2的分子互作机制

进一步研究发现，DcNAP1蛋白能够直接结合并激活乙烯生物合成关键基因的启动子，而DcNAP2蛋白则不具备该结合能力。然而，DcNAP2可通过与DcNAP1发生直接互作，有效拮抗DcNAP1对下游靶基因的转录激活功能。同时，研究证实乙烯信号通路核心转录因子DcEIL3-1可同时结合至DcNAP1与DcNAP2的启动子区域，并正向调控二者的表达。此外，DcNAP-dTdic1等位基因在不同乙烯敏感性康乃馨种质中呈现多态性分布，表明该等位变异具备作为分子标记的潜力，可用于选育具有差异乙烯响应特性的康乃馨品种。

图3 DcNAP2拮抗DcNAP1对乙烯生物合成关键基因的激活作用

五、研究价值与展望：理论突破与育种应用前景

本研究系统揭示了乙烯在转录后水平调控康乃馨花瓣衰老的分子机制，拓展了关于花瓣衰老分子调控网络的科学认知。相关发现为筛选和培育具有更长货架期与瓶插期的康乃馨新品种奠定了重要的理论基础，并为相关分子标记的开发提供了关键的基因资源。此外，研究提出的通过调控NAC转录因子结构域功能以实现作物性状改良的策略，也为其他园艺作物的采后品质改良与遗传育种提供了可借鉴的新思路。

图4 乙烯在转录后水平调控康乃馨花瓣衰老的工作模型

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