苦蕎是起源于我國喜馬拉雅山區(qū)的重要雙子葉雜糧作物，是高海拔冷涼山區(qū)和彝族等少數(shù)民族的主要糧食作物?？嗍w富含黃 酮類化合物（如蘆?。┖蜕攀忱w維，具有調(diào)節(jié)血糖、降低膽固醇、抗氧化等保健功效，是新時(shí)期重要的健康作物?？嗍w在長期進(jìn)化過程中形成了對(duì)高海拔冷涼環(huán)境的強(qiáng)適應(yīng)性，但對(duì)高溫異常敏感。隨著氣候變化和產(chǎn)區(qū)的變遷，高溫已成為影響苦蕎產(chǎn)量的重要因素，特別在花發(fā)育時(shí)期高溫會(huì)導(dǎo)致花器官發(fā)育異常、花粉活力降低、柱頭可授性減弱，進(jìn)而影響結(jié)實(shí)率和籽粒灌漿，顯著影響籽粒大小，但其背后的遺傳機(jī)制不清楚。此外，在高溫條件下，苦蕎的黃酮類化合物顯著積累，這些化合物是否參與調(diào)控籽粒發(fā)育也尚未明確。

近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所周美亮研究員團(tuán)隊(duì)在The Plant Cell上發(fā)表題為“Phase separation of an FtAT-hook transcription factor regulates seed development under heat stress in Tartary buckwheat”的研究論文，該論文系統(tǒng)解析了轉(zhuǎn)錄因子FtAT-hook在高溫條件通過發(fā)生液液相分離（LLPS）調(diào)控黃酮類物質(zhì)合成和籽粒大小的分子機(jī)制。

為探究高溫對(duì)苦蕎籽粒大小的影響，研究團(tuán)隊(duì)利用200份苦蕎核心種質(zhì)在不同生態(tài)區(qū)開展籽粒表型檢測，通過比較不同生態(tài)區(qū)的籽粒長寬比GWAS結(jié)果，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，在6號(hào)染色體鑒定一個(gè)顯著位點(diǎn)，該位點(diǎn)與支鏈淀粉含量GWAS區(qū)間重合，功能研究發(fā)現(xiàn)該區(qū)間的FtAT-hook與FtERDL6（單糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）均負(fù)向調(diào)控種子大小，并且FtAT-hook能夠正調(diào)控 FtERDL6的表達(dá)。亞細(xì)胞定位分析發(fā)現(xiàn)FtAT-hook蛋白受高溫誘導(dǎo)后能發(fā)生液液相分離（LLPS），并且驗(yàn)證了不同區(qū)段的無序區(qū)（IDR）對(duì)于相分離的作用。利用蛋白質(zhì)互作技術(shù)，發(fā)現(xiàn)FtASR可與FtAT-hook互作，進(jìn)而影響FtAT-hook的相分離，且這種互作受高溫調(diào)控。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步評(píng)估了不同溫度條件下，F(xiàn)tASR對(duì) FtAT-hook蛋白相分離狀態(tài)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控活性的影響。 通過分析FtAT-hook轉(zhuǎn)基因材料的黃酮代謝物含量，并結(jié)合轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和EMSA等實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)FtAT-hook可以直接促進(jìn)FtFLS（黃酮醇合成酶）的表達(dá)和促進(jìn)黃酮類物質(zhì)積累。非常有趣的發(fā)現(xiàn)是高溫下積累的黃酮類化合物 山奈苷又可以反饋抑制FtAT-hook蛋白相分離，進(jìn)而減弱FtAT-hook對(duì)下游基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，從而緩解高溫對(duì)苦蕎籽粒發(fā)育的脅迫（圖1）。在田間高溫環(huán)境下，通過對(duì)苦蕎外源噴施山奈苷能夠顯著緩解高溫對(duì)植株的脅迫和籽粒大小的影響，這為高溫下作物增產(chǎn)提供了新的思路。

圖1. FtAT-hook高溫下相分離調(diào)控苦蕎種子發(fā)育的分子機(jī)制模式圖

中國農(nóng)科院作科所周美亮研究員為論文的通訊作者。中國農(nóng)科院作科所已畢業(yè)博士生賴弟利、博士后李偉、助理研究員王志榮等為論文共同第一作者。貴州大學(xué)阮景軍教授和程劍平教授也參與了部分研究指導(dǎo)工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koag065