百合（Lilium spp.）LhERF061通过抑制LhMYBSPLATTER和LhDFR表达并与之互作调控花青素生物合成的分子机制

作者及机构
本研究由Yue Yang（中国农业科学院蔬菜花卉研究所/云南农业大学建筑工程学院）、Mengmeng Bi、Kang Luo（青岛农业大学园林与林学院）、Yuwei Cao、Jing Wang、Panpan Yang、Leifeng Xu（通讯作者）和Jun Ming（通讯作者）共同完成，发表于*Plant Physiology and Biochemistry*期刊2025年第219卷。

学术背景
百合（Lilium spp.）因其观赏、食用和药用价值备受关注，其花瓣颜色主要由花青素（anthocyanin）积累决定。花青素是植物重要的次生代谢产物，参与抗逆、传粉等生理过程，并具有抗氧化、降血糖等健康功效。其合成受MYB-bHLH-WD40（MBW）复合体的调控，而激素（如乙烯）和环境因子（如光照）也可通过转录因子间接影响该通路。此前研究发现，亚洲杂交百合品种’Tiny Padhye’中，乙烯抑制花青素积累，但其分子机制尚不明确。本研究旨在鉴定乙烯响应因子LhERF061的功能，揭示其通过多重机制抑制花青素合成的分子途径。

研究流程与实验设计
1. LhERF061的鉴定与生物信息学分析
- 通过酵母单杂交筛选从百合cDNA文库中鉴定出LhERF061（MW719032.1），其编码234个氨基酸，属于AP2/ERF转录因子家族的DREB亚组。
- 系统发育分析显示，LhERF061与单子叶植物ERF061同源，且与拟南芥DREB亚组A-6聚类。
- 亚细胞定位实验证实LhERF061定位于细胞核，且无转录自激活活性，提示其为转录抑制因子。

1. 表达模式与乙烯响应分析

   • 时空表达分析发现，LhERF061在花瓣发育早期（S1-S2阶段）无色区域高表达，与花青素结构基因（如LhDFR）及正调控因子LhMYBSPLATTER的表达呈负相关。
     
   • 外源乙烯处理（ethephon）显著上调LhERF061表达，同时抑制花青素合成基因；而乙烯抑制剂1-MCP处理后呈现相反趋势，表明LhERF061响应乙烯信号负调控花青素合成。
     

2. 功能验证实验

   • 百合瞬时过表达与沉默：在百合花瓣中过表达LhERF061导致花青素含量下降50%以上，且结构基因（LhCHS、LhDFR等）及LhMYBSPLATTER表达显著下调；反之，病毒诱导的基因沉默（VIGS）使花瓣颜色加深。
     
   • 异源表达：在拟南芥和烟草中过表达LhERF061均抑制花青素积累，且相关结构基因（如AtDFR、NtANS）表达降低。转基因烟草花瓣呈现淡粉色条纹，表型与基因表达水平一致。
     

3. 分子机制解析

   • 启动子结合实验：双荧光素酶报告系统（Dual-Luciferase）和酵母单杂交（Y1H）证实LhERF061直接结合LhMYBSPLATTER和LhDFR启动子的DRE顺式元件（GCCGAC），抑制其转录活性。电泳迁移率实验（EMSA）进一步验证了结合特异性。
     
   • 蛋白互作：酵母双杂交（Y2H）和双分子荧光互补（BiFC）表明，LhERF061与LhMYBSPLATTER直接互作，干扰其与LhbHLH2形成MBW复合体，从而阻断对花青素结构基因的激活。
     

主要结果与逻辑关联
- LhERF061的表达模式与花青素积累呈负相关，且受乙烯诱导，提示其作为乙烯信号下游的负调控因子。
- 功能实验证明LhERF061通过直接抑制LhMYBSPLATTER和LhDFR的转录，以及破坏MBW复合体稳定性，双重抑制花青素合成。
- 异源表达结果验证了LhERF061功能的保守性，为其在其它植物中的应用提供依据。

结论与价值
本研究首次揭示DREB亚族转录因子LhERF061通过“转录抑制+蛋白互作”双重机制调控百合花青素合成，阐明了乙烯介导花瓣着色的分子通路。科学价值在于拓展了AP2/ERF家族在花色调控中的功能认知，为园艺作物花色分子设计育种提供了新靶点；应用价值体现在可通过调控LhERF061表达或乙烯信号，精准改良百合观赏性状。

研究亮点
1. 多重调控机制：LhERF061兼具“抑制靶基因转录”和“破坏MBW复合体”的双重功能，为花青素调控网络提供了新范式。
2. 跨物种验证：在单子叶（百合）和双子叶（拟南芥、烟草）植物中均证实其功能保守性。
3. 技术创新：结合酵母文库筛选、VIGS沉默、BiFC等多项技术，系统性解析基因功能。

其他有价值内容
修正版（2025年2月）补充了资助信息（国家重点研发计划、国家自然科学基金等），并致谢了质粒提供者。研究数据可通过通讯作者申请获取。

（注：原文中部分术语如“MBW复合体”“BiFC”等首次出现时保留英文并标注中文，后续使用中文表述以符合学术规范。）