近日，在中国热科院生物所研究团队的指导下，该所研究生以MeMYB2基因沉默转基因木薯为主要研究对象，深入研究并揭示了MeMYB2转录因子调控MeTT8影响低温下木薯花青素的积累并最终影响木薯低温耐受性的分子机制。

木薯（Manihot Esculenta Cranz）是大戟科（Euphorbiaceae）木薯属（Manihot）灌木状多年生植物，属于重要的粮饲兼用型作物和能源作物，具有耐旱和耐贫瘠的优良特性。世界木薯主栽区位于南北回归线之间的热带和亚热带地区，在长期进化过程中木薯适应了温暖气候，对低温敏感。花青素能快速清除低温胁迫产生的活性氧（ROS），以避免植物受到低温损伤，但花青素累积对木薯低温耐受性的影响以及低温诱导木薯花青素累积的调控机制还不清楚。研究人员比较了低温胁迫下MeMYB2-RNAi转基因株系和野生型木薯的表型差异，发现转基因木薯有较强的低温耐受性，且其顶芽和侧芽受低温损伤较轻（图1）。叶片中ROS含量检测也证明，转基因木薯叶片中有较少的ROS积累（图1）。通过花青素和类黄酮靶向代谢组分析，证明了在早期低温胁迫下（4小时内），转基因株系会迅速积累cyanidin-3-O-glucoside（红色花青素），提高ROS清除能力（图2）。通过体外实验以及VIGS（病毒介导的基因沉默）抑制MeMYB2-RNAi转基因木薯中MeTT8表达，发现无论在常温还是低温条件下，MeMYB2 均能抑制花青素合成关键转录因子MeTT8基因的表达，并阻碍花青素积累（图2）。下调表达MeMYB2后，低温可显著诱导MeTT8表达，促进花青素积累，清除过量活性氧，进而提高转基因木薯MeMYB2-RNAi的低温耐受性（图3）。综上所述，本研究在一定程度上解析了木薯低温敏感的机理，并创制了低温耐受性强的MeMYB2-RNAi木薯转基因种质，为培育耐寒木薯新品种提供了科学依据。

图1 下调表达MeMYB2提高木薯的低温耐受性

图2 转基因株系中积累cyanidin-3-O-glucoside（红色花青素）

图3 MeMYB2抑制早期低温胁迫下花青素积累的分子机制

相关研究成果由生物所与华中农业大学在中科院分区农林类一区、中国科技期刊卓越行动计划重点项目资助期刊《The Crop Journal》合作发表了题为“Down-regulation of MeMYB2 leads to anthocyanin accumulation and increases chilling tolerance in cassava (Manihot esculenta Crantz)”的研究论文。生物所博士研究生郭鑫为该论文第一作者，阮孟斌研究员和彭明研究员为通讯作者。海南大学硕士研究生林晨俞、海南大学于晓惠博士、陈银华教授、中国热带农业学科热带生物技术研究所赵平娟副研究员、王斌博士、邹良平博士、李淑霞副研究员、于晓玲副研究员和中国科学院分子植物科学卓越创新中心张鹏研究员也参与了该论文工作。该研究得到海南省自然科学基金(322RC798)、国家重点研发计划(2018YFD1000501)、 海南省重大科技计划(ZDKJ2021012)、国家现代农业产业技术体系建设专项(木薯品种改良，CARS11-HNCX) 项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cj.2023.03.009