菊花CmAP2与CmRAX2互作通过细胞分裂素途径调控分枝的机制研究

《Plant Physiology and Biochemistry》：CmAP2 interacts with CmRAX2 and promotes branching by affecting the cytokinin pathway in chrysanthemum

本研究聚焦菊花分枝这一关键观赏性状的调控机制。研究人员发现AP2转录因子家族新成员CmAP2能与分枝正向调节因子CmRAX2发生蛋白互作，通过异源转化和遗传学实验证实CmAP2过表达能显著促进拟南芥和菊花的分枝发育，RNA-seq分析揭示其通过协调细胞分裂素合成（IPT）、糖基化（UGT）和信号转导（A-ARR）相关基因表达来调控分枝。该研究首次揭示了AP2转录因子通过互作网络调控菊花分枝的新机制，为菊花株型改良提供了重要靶点。

　　

菊花作为中国传统名花和世界四大切花之一，其株型美观度直接决定了观赏价值和经济价值。在花卉生产中，多头菊需要多次人工摘心（打顶）来促进分枝，而独本菊则需要抹除所有侧芽，这些人工操作不仅成本高昂，更制约了菊花产业的机械化发展进程。因此，解析菊花分枝的内在分子调控机制，培育株型可控的新品种，成为花卉育种领域的重要课题。

以往研究表明，细胞分裂素（Cytokinin, CK）是调控植物分枝的关键激素，而RAX2基因作为腋生分生组织形成的正向调节因子，在菊花分枝中发挥重要作用。但RAX2如何与其他蛋白协同作用，以及其下游调控网络仍不清楚。发表在《Plant Physiology and Biochemistry》上的这项研究，首次发现了一个新的AP2转录因子CmAP2能与CmRAX2相互作用，并系统揭示了其通过调控细胞分裂素途径促进菊花分枝的分子机制。

研究人员主要运用了酵母双杂交（Y2H）、双分子荧光互补（BiFC）、荧光素酶互补（LCA）和免疫共沉淀（Co-IP）等技术验证蛋白互作；通过遗传转化在拟南芥和菊花中验证基因功能；利用RNA-seq分析转基因植株的转录组变化；采用qRT-PCR分析基因表达模式。

研究结果显示，CmAP2与CmRAX2存在直接相互作用。序列分析表明CmAP2含有典型的AP2/ERF结构域和miR172靶位点，在菊花各组织中普遍表达，且在摘心处理后与CmRAX2呈现相似的表达模式。亚细胞定位显示CmAP2定位于细胞核，具有转录激活活性。

在功能验证方面，异源过表达CmAP2的拟南芥转基因株系分枝数显著增加，开花时间延迟。在菊花中过表达CmAP2同样促进了腋芽萌发、增加腋芽数量，并提高了株高和节间长度。

转录组分析发现，CmAP2过表达导致大量差异表达基因富集于植物激素信号转导和玉米素合成等通路。特别值得注意的是，细胞分裂素合成基因IPT和糖基化基因UGT表达上调，而信号通路负反馈调节因子A-ARR基因表达下调，表明CmAP2通过复杂方式调控细胞分裂素代谢和信号转导。

综上所述，该研究不仅发现了一个新的分枝调控因子CmAP2，还揭示了其与CmRAX2互作共同调控菊花分枝的分子机制。这一发现为理解AP2转录因子在株型建成中的作用提供了新视角，为菊花分子育种提供了重要基因资源，对推动花卉产业的智能化发展具有重要理论意义和应用价值。