近日，油菜遺傳育種團隊在Plant Physiology發表了題為“BnaABF3 and BnaMYB44 regulate the transcription of zeaxanthin epoxidase genes in carotenoid and abscisic acid biosynthesis”的研究論文。該研究解析了甘藍型油菜類胡蘿蔔素和脫落酸（ABA）生物合成關鍵基因BnaZEPs 的複雜調控機制。

類胡蘿蔔素是重要的天然色素，不僅可以賦予植物多個器官豐富的顔色，還在植物光合作用、光保護、抗氧化和ABA等激素合成中占有重要地位。因此，類胡蘿蔔素的生物合成與調控一直是植物科學領域的研究熱點之一。目前，類胡蘿蔔素生物合成路徑已經得到充分闡釋，大量結構基因被發現并進行了功能驗證，但類胡蘿蔔素調控路徑的研究還十分有限，隻有少數轉錄因子的調控功能被證實。

課題組前期在甘藍型油菜中圖位克隆了花瓣中的類胡蘿蔔素合成關鍵基因BnaA09.ZEP 和 BnaC09.ZEP（The Plant Journal, 104:932-949），這兩個同源拷貝同時突變導緻甘藍型油菜黃花轉變成橙花。後續研究發現，BnaZEPs共有四個同源拷貝，除了在花瓣中優勢表達的BnaA09.ZEP 和 BnaC09.ZEP，還有兩個在葉片中優勢表達的BnaA07.ZEP 和 BnaC07.ZEP，說明BnaZEPs存在器官特異的功能分化。為驗證該設想，課題組通過敲除實驗證實了BnaA09.ZEP和BnaC09.ZEP主要參與花中類胡蘿蔔素合成，影響甘藍型油菜的花色，而BnaA07.ZEP和BnaC07.ZEP主要參與葉片中類胡蘿蔔素和ABA的合成，影響甘藍型油菜的耐旱性。雖然它們在不同組織中發揮功能，但也存在部分功能冗餘。

随後，啟動子互換的遺傳轉化實驗證明，啟動子序列差異是導緻BnaZEPs功能分化的決定因素。為發掘BnaZEPs上遊調控因子，課題組利用酵母單雜、EMSA和Dual-LUC等技術，結合轉基因和RNA-seq技術，篩選并證實了ABA響應因子BnaABF3s以及R2R3 MYB轉錄因子BnaMYB44s對BnaZEPs的差異調控：BnaABF3s可以直接激活BnaZEPs的四個同源拷貝的表達，在幹旱脅迫下促進ABA的合成，從而提高油菜的耐旱性；而BnaMYB44s不靶向BnaA07.ZEP和BnaC07.ZEP，它特異抑制花瓣中BnaA09.ZEP和BnaC09.ZEP的轉錄，影響甘藍型油菜花瓣中類胡蘿蔔素的組分變化，并抑制苯丙烷和類黃酮的生物合成。

基于上述結果，本研究提出了一個甘藍型油菜BnaZEPs的工作模型（圖1）。四個BnaZEPs具有相似的蛋白功能，在不同的組織中催化玉米黃質向紫黃質的轉化。BnaA09.ZEP和BnaC09.ZEP在花器官中行使功能，影響植株的花色，BnaA07.ZEP和BnaC07.ZEP主要在葉片中表達，影響植株的耐旱性。在花瓣和葉片中，有相同和不同的轉錄因子參與 BnaZEPs的調控：其中BnaABF3s同時靶向所有拷貝，它不僅是ABA信号轉導路徑的重要轉錄因子，也是類胡蘿蔔素合成路徑的重要調控因子，反饋調節ABA響應基因BnaZEPs的表達；BnaMYB44s特異抑制BnaA09.ZEP和BnaC09.ZEP的表達。另外，它們的同源蛋白如BnaABF1、BnaMYB73 和BnaMYB77可能也參與對BnaZEPs的差異調控。該研究結果為甘藍型油菜多拷貝基因的功能分化提供了明确的證據，并有助于我們進一步揭示類胡蘿蔔素和 ABA合成路徑複雜的調控網絡。

圖1 甘藍型油菜中BnaZEPs的工作模型

油菜遺傳育種團隊文靜副教授為該論文的通訊作者，已畢業的博士生葉沈華（現為浙江農林大學青年教師）為該論文的第一作者，油菜雜種優勢利用課題組傅廷棟院士和沈金雄等教授參與了該項研究。該研究在科技創新2030重大項目（2022ZD04010）、國家現代農業産業技術體系（CARS-12）以及中央高校基本科研業務費（2662023PY004）的資助下完成。

論文鍊接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae184