云南师范大学能源与环境科学学院祝光涛教授团队在Plant Physiology 发表了题为“The transcription factor WRKY41-FLAVONOID 3'-HYDROXYLASE module fine-tunes flavonoid metabolism and cold tolerance in potato”的研究论文。 

文献引用的九圃产品——九圃植物培养箱BPC500H

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf070

1. 低温诱导野生种中ScF3′H表达

RT-qPCR分析显示，野生种CM（S. commersonii）的F3′H基因在低温下持续上调，而栽培种DM（S. tuberosum）中无显著变化（图1A）。克隆ScF3′H发现其与栽培种StF3′H的氨基酸序列相似度达99%。

图1. 利用CRISPR/Cas9系统对S. commersonii中的scf3'h进行基因组编辑

2. ScF3′H增强马铃薯抗寒性

通过CRISPR/Cas9技术获得ScF3′H敲除突变体（f3′h-1、f3′h-2、f3′h-3），其花青素含量显著降低，低温处理后电解质渗漏增加，抗寒性减弱（图1B-F）。过表达ScF3′H的栽培种“Desiree”植株花青素积累增加，ROS水平降低，抗寒性显著提升（图2A-G）。 

图2. ScF3'H过表达增强栽培马铃薯的抗寒性

3. ScF3′H调控黄酮代谢流

代谢组分析表明，过表达ScF3′H导致56种黄酮类代谢物上调，79种下调。其中，山柰酚衍生物减少，槲皮素衍生物及花青素显著积累（图3A-F）。槲皮素因B环多羟基结构具有更强的ROS清除能力，是抗寒性提升的关键。 

图3. ScF3'H过表达促进槲皮素-O-糖苷及下游花青素合成

4. ScWRKY41结合ScF3′H启动子W-box区域

启动子分析发现，野生种ScF3′H启动子中284 bp区域含两个W-box元件，对低温响应至关重要（图4A-B）。通过RNA-seq筛选出17个低温响应WRKY基因，其中ScWRKY41在低温下特异性上调，并通过酵母单杂交（Y1H）验证其与W-box结合（图4C-G）。 

图4. 低温诱导的ScWRKY41结合ScF3'H启动子

5. ScWRKY41招募ScHAC1激活ScF3′H表达

ScWRKY41定位于细胞核，具有转录激活活性（图5A-B）。瞬时表达实验显示，ScWRKY41显著增强ScF3′H启动子活性（图5C-D）。染色质免疫沉淀（ChIP-qPCR）证实ScWRKY41直接结合启动子区域（图5F）。 

图5. ScWRKY41激活ScF3′H的表达

      进一步发现ScWRKY41与组蛋白乙酰转移酶ScHAC1互作，促进H3K27乙酰化修饰，激活ScF3′H转录（图6A-F）。

图6.  ScWRKY41招募ScHAC1增强ScF3′H启动子中H3K27ac水平

主要结论

     本研究揭示了ScWRKY41-ScF3′H模块通过增强黄酮羟基化代谢提升抗寒性的分子机制。低温诱导ScWRKY41表达，其通过结合W-box元件并招募ScHAC1，促进组蛋白乙酰化，激活ScF3′H转录，从而增加槲皮素衍生物积累（图7）。这一机制在野生种中高度保守，但在栽培种中因启动子缺失而功能受限。研究结果为利用野生种基因资源改良栽培马铃薯抗寒性提供了理论依据。

图7. 作用模型：ScWRKY41-HAC1复合物通过调控黄酮代谢响应低温胁迫

       这项研究不仅揭示了野生马铃薯抗冻的分子机制，还为培育抗寒性更强的马铃薯品种提供了宝贵的基因资源。未来，这一发现有望应用于其他作物的抗寒育种中，帮助应对全球气候变化带来的挑战。

      若您使用九圃产品发表SCI文献，欢迎您前来联系我们，参与有奖征集计划。活动请参见公众号【关于我们-论文征集】，或添加微信号【JIUPO907】进行了解。

我们将用更加智慧、高效、节能产品为全球农科实验保驾护航！