GA3通过MsGAI1-like-miR159a-MsMYB101模块调控天女木兰种子休眠解除的分子机制

本研究针对天女木兰（Magnolia sieboldii）种子自然条件下萌发困难的难题，通过生理学和分子生物学手段，揭示了外源GA3通过MsGAI1-like-miR159a-MsMYB101级联通路调控α-淀粉酶基因MsAMY2表达，促进淀粉代谢从而解除种子休眠的分子机制，为形态生理休眠型种子的萌发调控提供了新见解。

　　

论文解读

天女木兰（Magnolia sieboldii）作为兼具观赏和药用价值的珍稀树种，其种子具有典型的形态生理休眠特性，自然条件下萌发率极低，即使经过长时间温冷层积处理仍难以打破休眠。这一特性严重制约了其人工繁殖和资源保护。赤霉素（GA）虽被证实能促进多种植物种子萌发，但关于其在木本植物休眠调控中的分子机制，尤其是miRNA与靶基因的协同作用机制仍不明确。

沈阳农业大学的研究团队在《Environmental and Experimental Botany》发表的研究中，通过外源GA₃处理天女木兰种子，结合生理指标检测和分子互作验证，首次揭示了GA₃-MsGAI1-like-miR159a-MsMYB101-MsAMY2级联通路在种子休眠解除中的核心作用。研究采用RT-qPCR分析基因时空表达模式，通过5'-RACE验证miRNA靶向切割，利用酵母单杂交（Y1H）和电泳迁移率变动分析（EMSA）鉴定蛋白-DNA互作，并借助双荧光素酶报告系统证实转录激活效应。

3.1 外源GA₃快速解除种子休眠
生理检测显示，1500 μM GA₃处理使种子27天萌发率达92.9%，而对照组无萌发。伴随淀粉含量下降和α-淀粉酶活性升高，内源GA₃含量在1.5小时达峰值，与ABA呈现拮抗动态，GA₃/ABA比值变化揭示激素平衡调控休眠解除的关键窗口期。

3.2 miR159a-MsMYB101模块的功能验证
小RNA测序鉴定出10个miR159家族成员，其中MsmiR159a表达最显著。其靶基因MsMYB101（与拟南芥AtMYB101同源）经酵母系统证实具有转录激活活性。时空表达显示两者呈反向变化，5'-RACE实验在MsMYB101 mRNA第905/906位点检测到miR159a介导的特异性切割，频率达12/18和6/18。

3.3 MsGAI1-like对miR159a的调控
DELLA蛋白家族成员MsGAI1-like（与AtGAI同源）通过结合MIR159a启动子的GARE-motif（TCTGTTG）正调控其表达。双荧光素酶实验证实，MsGAI1-like可使MIR159a启动子活性提升3.2倍，外源GA₃处理显著抑制MsGAI1-like表达，暗示GA信号通过降解DELLA解除其对miRNA的抑制。

3.5 MsMYB101直接激活淀粉代谢关键基因
淀粉代谢通路中的MsAMY2在GA₃处理2小时后表达达峰。MsMYB101通过结合MsAMY2启动子的GARE-motif（TAACAAA）直接激活其转录，双荧光素酶活性提升4.1倍，从分子层面阐释了GA诱导淀粉水解的能量供应机制。

该研究创新性地构建了木本植物种子休眠解除的"GA-DELLA-miRNA-TF-淀粉酶"调控网络：GA₃通过降解MsGAI1-like解除对miR159a的抑制，而未被充分切割的MsMYB101蛋白通过激活MsAMY2表达促进淀粉降解。这一发现不仅丰富了形态生理休眠型种子的调控理论，为珍稀树种育苗技术开发提供分子靶点，更揭示了DELLA蛋白在miRNA转录调控中的新功能，为作物遗传改良提供了新思路。研究涉及的GA信号通路与淀粉代谢的偶联机制，在禾谷类种子萌发研究中同样具有借鉴价值。