我?；A(chǔ)醫(yī)學部教師在Cell子刊《Cell Reports》發(fā)表研究成果

12月24日，Cell子刊《Cell Reports》發(fā)表了我校基礎(chǔ)醫(yī)學部青年教師許福春與河南大學高巍教授合作的最新研究成果《The GhANT-GoPGF Module Regulates Pigment Gland Development in Cotton Leaves》?；A(chǔ)醫(yī)學部青年教師許福春為該論文共同第一作者，河南大學為第一完成單位、長治醫(yī)學院為第二完成單位。澳大利亞Queensland大學Jose Ramon Botella教授、華中農(nóng)業(yè)大學國家杰出青年金雙俠教授指導了此項研究。項目經(jīng)費由國家自然科學基金資助。

腺體是一種分泌腔結(jié)構(gòu)。在植物中廣泛存在的分泌腔是其藥用成分合成的部位。桃金娘科的分泌腺含有豐富的萜烯，具有強大的抗炎和抗菌特性，從18世紀開始引起了眾多科學家的關(guān)注和研究。柑橘類植物含有油腺，可生產(chǎn)具有高商業(yè)價值的精油，作為中藥材被廣泛使用并占據(jù)了30%的世界精油市場。棉花色素腺體產(chǎn)生特有的棉酚，對新冠病毒有抑制作用，也作為避孕藥物和抗癌藥物。在中國傳統(tǒng)的藥用植物如蒼術(shù)、當歸、銀杏中，藥用成分也在分泌腔中合成，這激發(fā)了科學家了對分泌腔形成和次生代謝物產(chǎn)生的潛在機制的研究。近年來，天然無腺突變體的存在和高效分子技術(shù)的發(fā)展使柑橘和棉花已成為研究植物分泌結(jié)構(gòu)發(fā)育和藥用成分合成的模式系統(tǒng)。

該研究整合了單雜測序（Y1H-seq）技術(shù)和單細胞測序（scRNA-seq）技術(shù)來篩選棉花腺體發(fā)育關(guān)鍵基因GoPGF的上游因子。通過表型研究（VIGS、CRISPR/Cas9和過表達）、表達模式分析（RNA原位雜交、RNA-seq、scRNA-seq、qRT-PCR）和啟動子結(jié)合實驗（Y1H、EMSA、LUC）發(fā)現(xiàn)AP2轉(zhuǎn)錄因子GhANT可結(jié)合到GoPGF啟動子的2個CCG-box上，調(diào)節(jié)棉花葉片特異腺體的形成。本研究揭示了組織特異性分泌腔發(fā)育的精細調(diào)控，并提出了調(diào)控棉花色素腺體形態(tài)發(fā)生的轉(zhuǎn)錄模型（GhANT-GoPGF-GhJUB1）。此外，該發(fā)現(xiàn)GhANT-GoPGF模塊控制了棉酚、褪黑素、黃嘌呤等多種腺體細胞的次生代謝途徑，從而將研究方向擴展到棉花腺體的多功能性。

RNA-seq和scRNA-seq聯(lián)合分析鑒定腺體細胞中藥用成分合成調(diào)控

2024年2月，華中農(nóng)業(yè)大學鄧秀新院士團隊在《Science》雜志發(fā)表柑橘腺體發(fā)育調(diào)控模塊CsDRNL-CSLMI1-CsMYC5介導的油腺發(fā)育和精油在腺腔內(nèi)積累的分子機制。在這項研究基礎(chǔ)上，本論文作者發(fā)現(xiàn)了不同植物分泌腔結(jié)構(gòu)形成的保守調(diào)控機制，特別是涉及上游AP2轉(zhuǎn)錄因子（CsDRNL vs. GhANT）和下游MYC轉(zhuǎn)錄因子（CsMYC5 vs. GoPGF）。此外，CsMYC5和GoPGF在腺體發(fā)育和次生代謝物積累中都發(fā)揮了雙重作用，突出了分子調(diào)控機制的保守性。由于次生代謝物的大量積累和無腺突變體的缺乏，揭示傳統(tǒng)中藥材分泌腔結(jié)構(gòu)形成的潛在機制在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性。根據(jù)目前柑橘和棉屬植物的研究進展，本研究建議這兩種植物可以作為研究分泌腔結(jié)構(gòu)的模型。因此，作者在本論文中討論了柑橘中CsDRNL-CsLMI1-CsMYC5調(diào)控模塊與棉花中GhANT-GoPGF-GhJUB1調(diào)控模塊的異同，相信這將有助于進一步破譯大量藥用植物中相關(guān)腺體發(fā)育的機制。

GhANT-GoPGF-GhJUB1模塊在調(diào)控腺體形態(tài)發(fā)生和棉酚合成中的功能模型

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（鏈接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.115112）

（基礎(chǔ)醫(yī)學部供稿）