武漢植物園在葡萄低溫下乙烯的生物合成調(diào)控路徑取得新進(jìn)展
乙烯作為一種氣態(tài)植物激素,在植物生長發(fā)育及非生物脅迫響應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。前期研究表明,乙烯參與葡萄低溫應(yīng)答并正調(diào)控其抗寒性,但其在低溫下快速合成的調(diào)控機(jī)制尚不清晰。因此,深入解析乙烯在低溫條件下的合成調(diào)控網(wǎng)絡(luò),將為利用乙烯信號通路改良葡萄抗寒性提供重要線索和依據(jù)。
中國科學(xué)院武漢植物園園藝作物逆境生物學(xué)研究團(tuán)隊聚焦此科學(xué)問題,以葡萄(Vitis vinifera)為研究對象,系統(tǒng)揭示了ACC合成酶(ACS,乙烯合成限速酶)在低溫應(yīng)答中的調(diào)控模式。研究首先通過全基因組鑒定獲得9個VvACS家族成員,并結(jié)合低溫處理下葡萄根系的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),篩選出響應(yīng)低溫的候選基因VvACS2、VvACS4和VvACS6。利用CRISPR-Cas9基因編輯與過表達(dá)技術(shù)證實,VvACS2是低溫誘導(dǎo)葡萄根系乙烯合成的主要功能基因,其缺失顯著抑制低溫下ACC積累和乙烯的生物生成,而VvACS4和VvACS6的貢獻(xiàn)則不明顯。
為解析VvACS2的上游調(diào)控機(jī)制,研究人員整合轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)、共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析和順式作用元件預(yù)測,篩選出6個候選上游轉(zhuǎn)錄因子。通過酵母單雜交、雙熒光素酶報告系統(tǒng)和電泳遷移率實驗,發(fā)現(xiàn)VvERF70與VvbHLH30能夠直接結(jié)合VvACS2啟動子并激活其表達(dá)。過表達(dá)VvERF70或VvbHLH30可顯著上調(diào)VvACS2表達(dá),促進(jìn)ACC和乙烯積累,并增強(qiáng)根系抗寒性;而相應(yīng)敲除突變體則喪失低溫誘導(dǎo)乙烯合成的能力,抗寒性明顯下降。
進(jìn)一步的分子互作實驗證實,VvbHLH30與VvERF70可形成異源二聚體,協(xié)同增強(qiáng)對VvACS2啟動子的轉(zhuǎn)錄激活。此外,VvbHLH30還能直接結(jié)合VvERF70啟動子并激活其表達(dá),提示VvbHLH30位于調(diào)控層級上游,通過轉(zhuǎn)錄調(diào)控VvERF70,協(xié)同驅(qū)動VvACS2介導(dǎo)的乙烯合成。

綜上,該研究提出了一個完整的VvbHLH30-VvERF70-VvACS2層級調(diào)控模塊,系統(tǒng)揭示了葡萄低溫應(yīng)答過程中乙烯合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。該發(fā)現(xiàn)不僅填補(bǔ)了葡萄冷脅迫下乙烯合成調(diào)控機(jī)制的空白,也為精準(zhǔn)提升葡萄及其他作物抗寒性提供了新思路和分子靶點。
本研究由中國科學(xué)院武漢植物聯(lián)合澳大利亞阿德萊德大學(xué)食品與葡萄酒學(xué)院、云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所、寧夏農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所、中國科學(xué)院植物研究所、中南民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院等單位共同完成。研究成果以“A Hierarchical VvbHLH30-VvERF70-VvACS2 Module Orchestrates Ethylene Biosynthesis and Cold Adaptation in Grapevine”為題發(fā)表于植物學(xué)期刊Plant Biotechnology Journal。中國科學(xué)院武漢植物園侯雨君博士為第一作者,辛海平研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金(32272691)、云南省重點研發(fā)計劃(202403AP140029)等項目的資助。

| 版權(quán)聲明: 1.依據(jù)《服務(wù)條款》,本網(wǎng)頁發(fā)布的原創(chuàng)作品,版權(quán)歸發(fā)布者(即注冊用戶)所有;本網(wǎng)頁發(fā)布的轉(zhuǎn)載作品,由發(fā)布者按照互聯(lián)網(wǎng)精神進(jìn)行分享,遵守相關(guān)法律法規(guī),無商業(yè)獲利行為,無版權(quán)糾紛。 2.本網(wǎng)頁是第三方信息存儲空間,阿酷公司是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者,服務(wù)對象為注冊用戶。該項服務(wù)免費,阿酷公司不向注冊用戶收取任何費用。 名稱:阿酷(北京)科技發(fā)展有限公司 聯(lián)系人:李女士,QQ468780427 網(wǎng)絡(luò)地址:www.arkoo.com 3.本網(wǎng)頁參與各方的所有行為,完全遵守《信息網(wǎng)絡(luò)傳播權(quán)保護(hù)條例》。如有侵權(quán)行為,請權(quán)利人通知阿酷公司,阿酷公司將根據(jù)本條例第二十二條規(guī)定刪除侵權(quán)作品。 |
m.quanpro.cn