马铃薯 (Solanum tuberosum L.) 作为全球第四大粮食作物，仅次于玉米﹑水稻和小麦，中国的马铃薯种植面积和产量均居世界首位。马铃薯收获后需要一段休眠期才能萌发，不同品种的马铃薯具有长短不等的休眠期，因块茎休眠机理未明，对块茎休眠期较难调控。BIN2是油菜素类固醇 (BR) 信号通路的负调控因子，在调控拟南芥种子萌发过程中发挥了重要作用，但是StBIN2是否影响马铃薯块茎休眠尚不清楚。来自四川农业大学农学院刘石锋博士作为第一作者，王西瑶教授作为通讯作者在 International Journal of Molecular Sciences 期刊发表了文章“Transcriptome Analysis Reveals the Molecular Mechanisms of BR Negative Regulatory Factor StBIN2 Maintaining Tuber Dormancy”，介绍了StBIN2维持块茎休眠的分子机制，这项研究的发现将有助于我们更好地了解马铃薯块茎休眠的分子机制并为利用相关基因开发新品种提供理论支持。

研究过程与结果

研究者查阅相关文献发现，BR能够打破种子休眠促进萌发，为了探究BR在马铃薯中是否具有相同的功能。研究者使用500 nM的外源BR浸泡收获后的马铃薯块茎，然后进行贮藏实验，贮藏期间统计块茎的萌发率以及芽长 (芽长≥2 nm定义为萌发)。研究发现，与对照相比，500 nm的BR处理加速了马铃薯块茎的萌发，块茎的休眠期缩短了10天左右 (图1)。在对贮藏期间BR信号通路的关键因子进行qPCR定量检测时发现，BR抑制了StBIN2的表达。为了验证StBIN2是否具有维持块茎休眠的功能，研究者通过农杆菌侵染茎段的方法制备了StBIN2的过表达和沉默材料。对收获后的转基因块茎进行贮藏，结果表明，过表达StBIN2延长了休眠期，而沉默该基因后块茎的休眠期缩短，StBIN2是维持块茎休眠的关键基因。

图1. 500 nm的BR促进马铃薯块茎萌发

为了解析StBIN2维持块茎休眠 (图2) 的分子机制，研究者对贮藏45 天的马铃薯块茎进行转录组学分析，对差异表达基因进行GO和KEGG分析，结果发现差异表达基因主要富集在ABA信号通路和木质素合成的通路中，过表达StBIN2可促进ABA信号通路关键基因的表达但抑制了木质素合成基因的表达。BIN2作为一种蛋白激酶，可以通过与植物中的多种蛋白质相互作用来调节各种生命活动。研究者采用酵母双杂交抗体优化系统 (Y2H-AOS) 和荧光素酶互补测定实验进一步研究发现，StBIN2与StSnRK2.2和StCCJ9会发生相关作用 (图3)。因此，StBIN2是通过调控ABA信号通路和木质素合成来维持块茎休眠。

图2. StBIN2维持块茎休眠

图3. StBIN2与SnRK2.2和StCCJ9互作验证

研究总结

本研究介绍了500 nm的BR具有打破块茎休眠的功能，而BR信号通路中的负调控因子StBIN2在BR的作用下表达量下降。为了探究StBIN2在块茎休眠中的功能，创制了StBIN2的过表达和沉默材料，贮藏实验结果发现，过表达StBIN2能够延长块茎的休眠而沉默材料的休眠期缩短，这表明StBIN2具有维持块茎休眠的功能。通过转录组学分析贮藏45 天的块茎，结果发现StBIN2通过促进ABA信号通路和抑制木质素合成来维持块茎休眠。双荧光素酶互补和酵母双杂交抗体系统实验发现，StBIN2与StSnRK2.2和StCCJ9互作。总之，本文的结果表明StBIN2通过介导ABA信号转导和木质素合成来实现维持块茎休眠。这项研究的发现将有助于大家更好地了解马铃薯块茎休眠的分子机制，为利用相关基因开发新品种提供理论支持。

原文出自 IJMS 期刊

Liu, S.; Cai, C.; Li, L.; Yu, L.; Wang, Q.; Wang, X. Transcriptome Analysis Reveals the Molecular Mechanisms of BR Negative Regulatory Factor StBIN2 Maintaining Tuber Dormancy. Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 2244.https://www.mdpi.com/1422-0067/25/4/2244

IJMS 期刊介绍

主编：Maurizio Battino, Marche Polytechnic University, Italy

期刊发表生物化学与分子生物学、生物材料、生物物理、生物医学、化学和纳米科学等分子相关领域研究，已被 Scopus、SCIE (Web of Science)、PubMed 等数据库收录。

2023 Impact Factor：4.9

2023 CiteScore：8.1

Time to First Decision：18.1 Days

Acceptance to Publication：2.8 Days