《Journal of Plant Physiology》：GhmiR172 regulates petal expansion and anthocyanin biosynthesis by targeting
GhARF8 and
GhAP2 in
Gerbera hybrida
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GhmiR172通过调控GhARF8和GhAP2影响菊花花瓣发育与颜色形成。研究发现GhmiR172促进花瓣细胞伸长，抑制花青素积累，其作用机制涉及靶向ARF转录因子GhARF8调控花瓣扩张，以及AP2转录因子GhAP2调控花青素合成相关基因。
作者：Shuyuan Shi、Mengdi Li、Yilin Ran、Yaqin Wang
中国广东省华南师范大学生命科学学院植物生物技术重点实验室，广州510631
摘要
microRNA172（miR172）调控植物的营养生长阶段转换、花器官的形成以及许多其他植物发育过程。然而，它在Gerbera hybrida中调节花瓣扩展和花青素生物合成的作用尚不清楚。在本研究中，我们发现GhmiR172能够促进花瓣细胞的伸长，同时抑制花青素的积累。为了确定其潜在的调控靶标，我们利用psRNATarget对小RNA测序和gerbera转录组数据进行了分析，并识别出四个可能的靶基因。其中，GhARF8和GhAP2通过相关实验被证实是GhmiR172的直接靶标。进一步的功能验证表明，GhARF8通过结合GhPRGL启动子来抑制花瓣长度的调节；而GhAP2则促进花青素的积累，并调控PAL、F3’H和GT4基因的表达。综上所述，GhmiR172通过两个调控模块来调控花瓣的扩展和着色：GhmiR172-GhARF8-GhPRGL模块和GhmiR172-GhAP2模块，它们分别通过不同的基因实现这一作用。本研究阐明了GhmiR172通过GhARF8和GhAP2调控gerbera花瓣生长发育的分子机制。
引言
花瓣作为重要的花器官，通过其颜色、形状和大小显著影响植物的观赏价值和商业价值。花瓣的发育包括四个主要过程：起始、身份确定、形态发生和成熟（Shan等人，2019年）。花瓣的表型多样性主要由形态发生和成熟这两个相互关联的发育过程驱动（Fu等人，2022年）。花瓣形态发生又可分为早期阶段和晚期阶段（He等人，2024年）。研究表明，细胞分裂和细胞增殖控制花瓣发育的早期阶段，而细胞扩展则调控晚期阶段（Sun等人，2021年）。因此，细胞增殖和扩展决定了花瓣的大小。在花瓣成熟过程中，各种表皮细胞的分化导致花瓣具有独特的颜色和质地（Robinson和Roeder，2015年；Riglet等人，2021年；Fu等人，2022年）。花瓣的颜色由多种色素决定，主要的花色素包括黄酮类、类胡萝卜素和叶绿素，其中花青素属于黄酮类色素的一个亚类（Yeon和Kim，2021年；Hu等人，2024年）。花青素的合成通过苯丙氨酸代谢途径进行，由PAL和C4H酶催化。随后，在CHS、F3H等酶的作用下形成黄酮骨架，最后通过DFR、ANS和UFGT等酶的特异性修饰生成多种花青素（Zhao和Tao，2015年）。
花瓣的发育主要受环境刺激、激素信号、表观遗传调控因子、转录因子（TFs）和miRNAs的调控（Huang和Irish，2016年；Huang等人，2021年）。在观赏植物中，许多研究已经确定了通过染色质、TFs和基因相互作用形成的基因调控网络，这些网络对花瓣形态发生至关重要（Huang和Irish，2016年；Wu等人，2023年）。例如，GhPRGL促进gerbera花瓣的扩展，这一过程受到TFs GhBPE的调控（Peng等人，2008年；Jiang等人，2022年）。在chrysanthemum morifolium中，CmJAZ1-like、CmBPE2和CmGEG（Guan等人，2022年；He等人，2024年），在Rosa hybrida中RhARF2（Chen等人，2023年），在Aquilegia中AqARF6和AqARF8（Zhang等人，2020年）也被证实能够调控花瓣扩展。此外，花瓣着色还受到色素生物合成基因及其上游TFs（如WRKY、WD40、MYB、AP2/ERF和bHLH等）的调控（Cao等人，2024年）。例如，在gerbera中，GhMYB1a通过上调花青素生物合成基因CHS、F3H、FLS来调控花青素的积累（Laitinen等人，2008年；Zhong等人，2020年）。类似的研究也在其他物种中进行，如Tulipa gesneriana L.中的< />（Hu等人，2023年）、Lycoris radiata中的（Wang等人，2023年）、Lilium中的< />和< />（Sun等人，2025年）。在花瓣扩展和着色这两个过程中，关于miRNAs介导的转录后调控的研究也逐渐增多（Li等人，2023年；Wang等人，2025年）。
miRNAs是非编码的小RNA，长度约为20–24个核苷酸。在植物中，miRNAs可以通过多种方式与其靶mRNAs结合，从而影响多种生理过程（Gou等人，2011年；Luo等人，2022年；Xu等人，2024年）。值得注意的是，一些保守的miRNAs（如miR164、miR172和miR828）调控植物的生长发育（Tirumalai等人，2019年；Zhang等人，2024年）。其中，miR172是最早在Arabidopsis中发现的miRNA之一，它调控花器官的发育（Díaz-Manzano等人，2017年；Zhao等人，2023年）。miR172主要作用于AP2/ERF转录因子家族，调控植物的营养生长阶段转换和开花转换（Shivaraj等人，2018年；Werner等人，2021年）。miR172-AP2模块控制水稻的小穗转换（Zhu等人，2009年），决定大麦花序的粒密度（Houston等人，2013年），并参与Phalaenopsis、Rosa和Sinningia的开花调控（Han等人，2014年；Gattolin等人，2018年；Li等人，2019年）。此外，miR172在Malus domestica中首次被发现在调控花青素生物合成中起作用（Ding等人，2022年）。随后在Pericallis hybrida中，该模块影响花瓣色素的双色分布（Li等人，2024年）。然而，关于miR172如何通过调控不同基因（如花瓣扩展和花青素积累）来调控花瓣发育的多个方面的研究还较少。
Gerbera是一种重要的观赏植物，其形态和花色是其观赏价值和经济价值的关键特征。Gerbera的头状花序由三种类型的花组成：舌状花、过渡花和盘状花（Laitinen等人，2007年）。其中，舌状花是研究花瓣发育的理想材料（Li等人，2015年）。研究表明，转录因子调控舌状花的生长和发育（Lin等人，2021年；Jiang等人，2022年；Xiao等人，2025年）。最近的小RNA测序和转录组分析揭示了miRNAs及其靶基因在花瓣发育中的作用（Chen等人，2022年）。基于这些研究，我们发现了一种在花器官发育期间表达的miRNA，命名为GhmiR172。在本研究中，GhmiR172靶向GhARF8和GhAP2来影响花瓣的大小和颜色。同时，GhARF8结合GhPRGL启动子从而负调控花瓣扩展；而GhAP2通过上调PAL、F3'H和GT4基因的表达来正调控舌状花中的花青素积累。这些结果揭示了GhmiR172在舌状花伸长和着色中的双重作用，并阐明了gerbera花瓣发育的调控机制。
植物材料与生长条件
本研究使用了Gerbera hybrida品种‘Shenzhen No.5’。实验期间，植物在相对湿度60–80%、自然光照条件下生长，昼夜温度分别为24°C–28°C/16°C–20°C。Gerbera的花序发育分为六个阶段（第1阶段至第6阶段）。在第3阶段（S3），即花瓣扩展和着色的关键阶段，选取了舌状花进行瞬时转化（Meng和Wang，2015年）。
Arabidopsis（Columbia生态型）种子被用于...
过表达GhmiR172促进了gerbera舌状花的扩展并降低了其着色
我们利用S3阶段的舌状花瓣进行了瞬时转化实验，以探讨GhmiR172的功能。转化结果显示GhmiR172成功过表达（图1a）。进一步观察发现，GhmiR172过表达的花瓣明显比对照组更长，且花瓣伸长速率更高（图1b–d）。为了解释花瓣扩展的原因，我们将舌状花分为三个区域（Ren等人，2018年）（图1）
GhmiR172通过靶向GhARF8-GhPRGL模块促进花瓣扩展
伸长的舌状花瓣对提高花的观赏价值至关重要。本研究表明，GhmiR172能够促进舌状花的扩展（图1）。先前的研究已经证明miRNAs可以调控细胞伸长（Qiao等人，2021年）。在Medicago truncatula、Zea mays和Arabidopsis中，miR160通过靶向ARFs来调控下胚轴的伸长；而在水稻中，OsmiR167a通过靶向OsARF6来调控籽粒长度（Qiao等人，2021年；Hao等人，2022年）。此外，miR172还...
CRediT作者贡献声明
Yaqin Wang：撰写——审稿与编辑、资源获取、概念构思。Yilin Ran：方法学设计、数据分析。Mengdi Li：数据可视化、软件应用、数据整理。Shuyuan Shi：初稿撰写、验证、实验设计、数据分析
未引用的参考文献
Chen等人，2021年；Li等人，2023年；Zhang等人，2024年；Zhao等人，2023年。
结论
本研究发现，GhmiR172的过表达通过促进细胞伸长来促进花瓣扩展，并通过下调PAL、F3’H、FLS和ANS的表达来减少花青素的积累。为了阐明GhmiR172的分子机制，我们使用RLM-5'RACE和双荧光素酶检测方法确认GhmiR172能够靶向并切割GhARF8和GhAP2的mRNA。此外，我们发现GhARF8通过结合GhPRGL来负调控花瓣扩展，而GhAP2则促进花青素的积累
资助
本研究得到了广东省科技计划项目（2023B1212060046）的支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文研究的个人关系。
