中国农科院作科所周美亮团队解析高温下黄酮类化合物调控苦荞种子大小的分子机制

为探究高温对苦荞籽粒大小的影响，研究团队利用200份苦荞核心种质在不同生态区开展籽粒表型检测，通过比较不同生态区的籽粒长宽比GWAS结果，结合转录组数据，在6号染色体鉴定一个显著位点，该位点与支链淀粉含量GWAS区间重合，功能研究发现该区间的FtAT-hook与FtERDL6（单糖转运蛋白）均负向调控种子大小，并且FtAT-hook能够正调控FtERDL6的表达。亚细胞定位分析发现FtAT-hook蛋白受高温诱导后能发生液液相分离（LLPS），并且验证了不同区段的无序区（IDR）对于相分离的作用。利用蛋白质互作技术，发现FtASR可与FtAT-hook互作，进而影响FtAT-hook的相分离，且这种互作受高温调控。研究团队进一步评估了不同温度条件下，FtASR对FtAT-hook蛋白相分离状态和转录调控活性的影响。通过分析FtAT-hook转基因材料的黄酮代谢物含量，并结合转录组数据和EMSA等实验验证，发现FtAT-hook可以直接促进FtFLS（黄酮醇合成酶）的表达和促进黄酮类物质积累。非常有趣的发现是高温下积累的黄酮类化合物山奈苷又可以反馈抑制FtAT-hook蛋白相分离，进而减弱FtAT-hook对下游基因的转录调控，从而缓解高温对苦荞籽粒发育的胁迫（图1）。在田间高温环境下，通过对苦荞外源喷施山奈苷能够显著缓解高温对植株的胁迫和籽粒大小的影响，这为高温下作物增产提供了新的思路。