在黄角枫（Xanthoceras sorbifolium Bunge.）花的分化过程中，非编码RNA介导的竞争性内源性RNA调控网络

《Scientia Horticulturae》：Non-coding RNA mediated competitive endogenous RNA regulatory network in the sex differentiation of yellowhorn ( Xanthoceras sorbifolium Bunge.) flowers

本研究通过转录组测序和ceRNA网络分析，揭示了黄色胡桃花性别分化的分子机制。鉴定出10个miRNA-mRNA调控模块（如miR156-SPL9、miR167-ARF8）和12个lncRNA-mRNA调控模块（如MSTRG.44661.2-ANT/SPL9），发现SL激素通过SPL9促进雌花发育，而ABA和JA相关基因则调控雄花发育。ceRNA模块MSTRG.41858.1-miR156-SPL9通过竞争性结合调控雌花分化，为提高产量提供了新靶点。

　　
黄连木花性分化的分子调控机制研究

黄连木（*Xanthoceras sorbifolium* Bunge.）作为重要的木本油料作物，其低种子产量主要受雌雄花比例失衡的制约。该研究通过多组学整合分析，首次系统揭示了黄连木花性分化的激素调控网络与非编码RNA（ncRNA）介导的分子机制，为油料作物遗传改良提供了新思路。

### 一、花性分化的关键激素调控网络
研究显示，黄连木花性分化涉及四大核心激素的协同作用：

1. **生长素（IAA）与壮花分化**
- 激活ARF4、SAUR50等基因表达，促进雌蕊发育。其中SAUR50在雌花发育阶段表达量比雄花高4.11倍，其功能可能涉及细胞伸长与分裂调控。
- 抑制GA3信号通路，通过GASA9基因表达抑制雌蕊退化。实验表明，GA3过量会诱导花药组织退化。

2. **脱落酸（ABA）与雄花分化**
- PHI-1、NCED1和CYP707A2基因构成的ABA信号通路显著促进雄花发育。NCED1作为关键酶，催化GA3合成抑制，而ABA水平升高通过CYP707A2促进雄蕊细胞程序性死亡。
- 与传统认知相反，该研究发现ABA在雄花分化中起主导作用，这与在猕猴桃等作物中的发现一致，但与刺槐等植物中ABA促进雌花分化的现象形成对比。

3. **茉莉酸（JA）与雄蕊发育**
- TIFY10B、TIFY5A和TIFY9基因构成的JA信号通路通过调控PRK1、PRK4等花粉特异性基因表达，促进雄花发育。其中PRK1在雄花中的表达量是雌花的3.5倍，其功能涉及花粉管生长调控。

4. ** strigolactone（SL）与雌花维持**
- SPL9、D14和SMXL7基因构成的SL信号通路通过负调控雄蕊分化相关基因，维持雌蕊正常发育。值得注意的是，SMXL7作为转录因子调控网络的核心节点，其表达量在雌花中比雄花高2.8倍。

### 二、ncRNA介导的精细调控网络
研究首次在木本油料植物中建立ncRNA-mRNA调控网络体系，发现两类关键调控模块：

1. **miRNA-mRNA调控网络**
- **雌花分化核心模块**：miR156-ANF/SPL9、miR167-ARF8、miR190-QKY
- miR156通过靶向SPL9促进雌蕊发育，其沉默实验导致雌花 pistil 意外退化
- miR167负调控ARF8，而ARF8在雌花中高表达，调控IAA极性运输
- Xos-miR_190新家族成员被发现，通过靶向QKY促进雌蕊细胞增殖
- **雄花分化核心模块**：miR159-MYB101、miR4-AP2、miR279-PRK
- miR159通过靶向MYB101抑制雌蕊分化，其沉默实验使雄花 pistil 保持正常发育
- Xos-miR_4调控AP2-3基因，促进雄蕊管状花发育
- miR279靶向PRK1，其表达量在雄花中比雌花高2.3倍

2. **lncRNA-mRNA调控网络**
- **雌花分化模块**：MSTRG.44661.2（靶向ANT/SPL9）、MSTRG.47452.3（靶向FAR2）、MSTRG.18934.1（靶向QKY）
- MSTRG.44661.2通过竞争性结合miR156，双重激活ANT（抑制雄蕊分化）和SPL9（促进雌蕊发育）
- MSTRG.47452.3通过FAR2调控脂肪酸代谢，影响雌蕊细胞壁结构
- MSTRG.18934.1通过QKY调控细胞伸长，促进雌蕊子房膨大
- **雄花分化模块**：MSTRG.36342.2（靶向CALS5）、MSTRG.30760.1（靶向GLOX1/PRK1/PRK4）、MSTRG.25556.1（靶向MYB101）
- MSTRG.36342.2通过CALS5调控花粉壁形成
- MSTRG.30760.1通过GLOX1（谷胱甘肽过氧化物酶）维持花粉管活性
- MSTRG.25556.1通过MYB101调控雄蕊花药发育

### 三、ceRNA网络在花性分化中的枢纽作用
研究首次在木本油料植物中发现两类关键ceRNA网络：

1. **MSTRG.41858.1-miR156-SPL9 ceRNA模块**
- MSTRG.41858.1作为miR156海绵蛋白，通过竞争性结合抑制miR156对SPL9的抑制作用
- 双荧光素酶实验证实该模块的特异性：当miR156过表达时，SPL9启动子荧光强度降低42%
- RNA pulldown实验显示MSTRG.41858.1与miR156结合丰度达22倍

2. **MSTRG.27874.3-Xos-miR_4-JRO89 ceRNA模块**
- MSTRG.27874.3通过竞争性结合Xos-miR_4，激活JRO89（淀粉合成基因）
- qRT-PCR验证JRO89在雌花中表达量比雄花高1.8倍
- 蛋白质互作实验显示MSTRG.27874.3与JRO89存在直接结合

### 四、创新性发现与应用展望
1. **发现新miRNA家族**：Xos-miR_4等6个新miRNA的鉴定拓展了黄连木miRNA数据库
2. **激素互作新机制**：发现ABA与SL信号存在负反馈调节，GA3通过促进ABA合成间接调控花性分化
3. **ceRNA调控新范式**：证明lncRNA可以作为"分子开关"调控多基因协同表达，如MSTRG.30760.1同时调控GLOX1、PRK1、PRK4三个雄蕊特异性基因
4. **技术方法创新**：建立miRNA/lncRNA/mRNA三向验证体系（测序→双荧光素酶→RNA pulldown→VIGS）

### 五、应用前景与研究方向
1. **分子育种应用**：
- 雌花特异性模块（如MSTRG.44661.2）可作为转基因靶标，通过过表达增强雌花比例
- 雄花特异性模块（如MSTRG.30760.1）的基因编辑可能抑制雄花发育
2. **激素调控优化**：
- 开发基于ABA/SL比值调控的植物生长调节剂
- 设计时空特异性表达的花性调控基因
3. **未来研究方向**：
- 建立花性分化的多组学整合平台（转录组+表观组+代谢组）
- 解析ceRNA网络在花药组织程序性死亡中的作用
- 开发基于CRISPR-Cas9的精准编辑技术

该研究为木本油料作物的高效生产提供了分子理论依据，其揭示的激素-ncRNA协同调控机制对理解其他作物花性分化具有重要参考价值。后续研究可通过建立基因编辑体系验证关键模块的功能，为培育高雌花比例品种奠定基础。