《RsWRKY40 调控萝卜抗寒机制:蔗糖积累与 CBF 通路的协同作用》

  • 来源专题:生物育种
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2025-03-04
  • 萝卜,这种常见的根菜类蔬菜,在我们的餐桌上十分常见。它富含维生素、矿物质和碳水化合物,是人们饮食中的重要组成部分。然而,萝卜的生长并非一帆风顺,尤其是在寒冷的环境中,低温成为了限制其生长和产量的重要因素。从冬季到早春,较低的温度会抑制萝卜维管束形成层细胞的分裂,导致维管束形成层活性降低,主根生长受阻。不仅如此,低温还会影响萝卜的抗寒能力,使其在寒冷环境下更容易受到伤害。目前,虽然科学家们在拟南芥等植物中对根生长发育和冷胁迫响应的分子机制有了一定的了解,但对于萝卜这类形成层驱动的根菜类作物,低温对其形成层活性和根生长的影响机制仍知之甚少。在蔗糖合成方面,尽管已知蔗糖与植物的根生长和抗冻性相关,蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因参与蔗糖合成和积累并响应非生物胁迫,但在萝卜等根菜类作物中,冷诱导的蔗糖合成转录网络尚不清楚。此外,植物中 WRKY 转录因子虽广泛参与抗寒调控,但在形成层驱动的根菜类作物中,它们如何协调冷诱导的蔗糖积累和 CBF(C-repeat binding factor)信号传导来响应冷胁迫,也有待研究。

  • 原文来源:http://www.ebiotrade.com/newsf/2025-3/20250303044620207.htm
相关报告
  • 《青岛能源所利用协同调控机制对木质素成分实现分子设计》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2018-11-01
    • 木质素是一种由苯丙烷类结构单元聚合而成的大分子化合物,在高等植物的细胞壁中广泛存在,是自然界中储量仅次于纤维素的第二丰富的有机物。木质素的成分主要分为H、G和S三种类型,其含量和比例在不同植物(木本植物>草本植物)以及同一植物的不同组织器官(茎秆>叶片)中各不相同。在植物次生细胞壁中木质素通过形成三维立体网状结构,保护纤维素和半纤维素不被外界微生物轻易降解,同时赋予细胞壁足够的强度和韧性。在农作物的品种选育中,常将木质素作为细胞壁品质和抵抗逆境(尤其是抗倒伏)的一个重要参考指标。另外,木质素及其衍生物还是重要的化学品和生物燃料,具有较高的工业经济价值。   青岛能源所付春祥研究员带领的能源作物分子育种研究组长期致力于高细胞壁品质的作物新品种培育,在木质素合成的分子调控领域积累了丰富的研发经验。木质素合成途径在植物中较为复杂,受到多个关键酶基因和调控因子的共同控制,因此调控单个酶基因,往往会潜在影响其上下游基因的协同改变。S型木质素主要存在于硬木和草本植物细胞壁中,与造纸的制浆率、牧草的消化效率和生物乙醇的产量密切相关。能源作物分子育种研究组通过建立生物质能源和牧草饲料双用作物——柳枝稷的高效多基因遗传转化体系,对控制S型木质素合成的两个关键酶——阿魏酸-5-羟基化酶(F5H)和咖啡酸-O-甲基转移酶(COMT)基因进行了分子调控,发现上述两个酶基因之间存在显著的协同调控效应。进而通过分子设计最终获得了具有不同木质素结构的柳枝稷种质新资源,用于今后高抗逆高细胞壁品质的优良牧草和能源草培育。该研究表明,当通过RNA干扰技术对木质素合成途径的COMT基因表达进行抑制时,会导致S型木质素的显著降低,同时,其上游的F5H基因表达水平会受到诱导发生改变。在COMT基因表达抑制的背景中,进一步调低其上游F5H基因的表达时,能够加剧下游COMT基因表达抑制对S型木质素合成的影响;相反,当调高上游F5H基因的表达后,能够部分甚至完全消除下游COMT基因表达抑制对S型木质素积累的影响。该结果清晰地表明,F5H和COMT在S型木质素合成过程中存在显著的协同作用。 先前大多数研究表明,S型木质素下降是COMT基因表达受到抑制的一个显著标志,然而仍然有一些不一致的报道显示,抑制COMT基因表达后,S型木质素的水平并未发生改变,反而G型木质素发生了下降。我们的研究表明,在柳枝稷中仅抑制COMT基因表达,能够诱导F5H基因表达水平的改变,而当F5H基因表达在COMT基因表达抑制的株系中被调高时,完全能够使原本下降的S型木质素恢复,并导致G型木质素下降,从而为先前研究中存在的不一致性提供了一种可能的解释。另外,温室中目标性状显著的基因工程植株生长在田间时,往往会出现性状弱化甚至截然相反的结果,从而影响基因工程植株的应用效果。而我们的木质素合成途径上下游基因协同调控的研究,不但为基因工程植株在田间生产中发生目标性状弱化或丢失的风险提供了预警,而且也为如何在生产中持续保持目标性状稳定指出了一个可能的解决方向,最终帮助育种家通过分子设计合理地培育出更多低成本高细胞壁品质的能源与饲料作物新品种。该研究最近在线发表于植物学领域期刊Plant Biotechnology Journal上,青岛能源所吴振映博士和国家海洋局第一海洋研究所王能飞博士为本论文的共同第一作者,付春祥研究员为论文的通讯作者。该研究获得了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金重大基础研究项目、中国科学院生物燃料重点实验室以及山东省能源生物遗传资源重点实验室的支持。   相关论文发表与专利技术:   1. Wu Z, Wang N, Hisano H, Cao Y, Wu F, Liu W, Bao Y, Wang ZY, Fu C. Simultaneous regulation of F5H in COMT-RNAi transgenic switchgrass alters effects of COMT suppression on syringyl lignin biosynthesis. Plant Biotechnol J. 2018 Sep 29. doi: 10.1111/pbi.13019.   2. 付春祥等,一种植物多基因遗传转化的方法(201510527765.53),中国   3. 付春祥等,一种柳枝稷遗传转化的方法(201510720076.6),中国
  • 《武汉植物园报道桃果实糖积累的机制和候选基因》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2023-01-12
    •   果实糖分积累是园艺作物尤其果树的重要农艺性状。糖分决定果实的风味口感和营养品质;另外还可以作为调控信号促进花青素等次生代谢物的合成。桃作为我国的重要经济果树,大部分栽培品种果实以积累蔗糖为主(可达总可溶性糖的80%)。栽培种的果实糖表型分离不足(可溶性固形物在11%~14%之间),限制了正向遗传学方法分离到的糖候选基因数量。为揭示这一重要农艺性状的机制,中国科学院武汉植物园果树分子育种科研团队选择和栽培种表型差异大的野生近缘种作对照,采用转录组和糖组分含量偶联分析方法,发掘了糖积累的关键候选基因。   采用高效液相色谱方法测定桃品种(‘美国晚油’、‘丽格兰特’、‘霞晖6号’、‘霞脆’和山桃等)不同发育时期果实糖组分含量(图1);同时选取这些品种的三个果实发育时期进行转录组测序,结合糖组分含量差异进行针对性的基因表达量差异对比,获得和总糖正负相关的差异基因集(图2)。   与总糖正相关的424个差异基因中,前人报道过5号染色体顶端的PpTST1液泡膜糖转运体基因,本研究发现了两个SPS(蔗糖-磷酸合酶)基因和SuSy1(蔗糖合成酶)基因,并通过桃果实瞬时转化方法验证相关基因的功能。与桃果实总糖含量正负相关的基因中,各发现了一个INH糖酸性转化酶抑制肽基因,即PpINH3(总糖正相关)和PpINHa(总糖负相关)基因。瞬时转化证明这两个INH对总糖的积累正好起相反效果,将前人报道的INH作用底物酸性转化酶PpVIN2进行瞬时转化,所起的效果与PpINHa完全相同(图3)。但本研究用酵母双杂无法鉴定INH和PpVIN2之间存在分子互作。INH的作用机制尚待进一步研究。   另外,本研究还发现与总糖负相关的候选基因中存在另一个蔗糖合成酶SuSy2。此外正相关基因还有两个单糖转运体PpERD6-Like1和PpERD6-Like2,它们的瞬时过表达可能会引起PpTST1的表达量发生变化。综合上述发现得出了桃的果实糖分积累的模式图(图4),发现桃的果实糖分积累既源自代谢又来自体内的源-库运输,同时还受到多种因子调节。本项研究发表于国际研究期刊Frontiers in Plant Science,受到国家自然科学基金等项目资助,论文并列第一作者为孟加拉留学生Md Dulal Ali Mollah和张娴,王鲁副研究员和韩月彭研究员为论文通讯作者。本研究揭示了桃果实糖分积累中的重要基因及其机制,为实现水果糖组分的精细化调控提供了研究实例和技术元件,在功能健康型水果开发方面开辟了新的思路。