ALA相關(guān)文章|ALA誘導蘋果花青苷積累的分子機制研究
2024-01-08 來自: 南京禾稼春生物科技有限公司 瀏覽次數(shù):628
近日,南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院汪良駒教授團隊研究論文《Transcription factor MdNAC33 is involved in ALA-induced anthocyanin accumulation in apples》在國JIZHU名期刊《Plant Science》上在線發(fā)表。該研究探討了NAC轉(zhuǎn)錄因子參與ALA誘導蘋果花青苷積累的分子機制,為ALA在GAO品質(zhì)蘋果生產(chǎn)上推廣應用提供了新的理論依據(jù)。
研究背景
5-氨基乙酰丙酸(ALA)是一種新型天RAN植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì),能夠促進多種果實花青苷積累。然而,其潛在的機制仍然不清楚。在先前的一項轉(zhuǎn)錄組研究中,我們發(fā)現(xiàn)多個轉(zhuǎn)錄因子(TFs)在ALA誘導蘋果花青苷積累過程中具有重要作用。在本研究中,我們專門探究了蘋果NAC轉(zhuǎn)錄因子MdNAC33與ALA誘導的蘋果花青苷積累的關(guān)系,并且運用多種分子生物學手段,解析了MdNAC33調(diào)控ALA誘導花青苷積累的分子機制。
研究內(nèi)容
1.ALA正向調(diào)控蘋果MdNAC33的表達
蘋果果實在光照下果皮花青苷含量不斷上升,其間MdNAC33表達量上升;若用外源ALA處理,則果皮花青苷積累更多,同時,MdNAC33表達量也上升更多,說明MdNAC33與ALA促進的花青苷積累存在正相關(guān)關(guān)系。我們克隆MdNAC33上游2000bp啟動子序列,并連接到GUS報告基因上游,瞬時轉(zhuǎn)化蘋果葉片,并用ALA處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn),ALA處理顯著提高MdNAC33啟動子的轉(zhuǎn)錄活性,說明MdNAC33可能參與ALA誘導的蘋果花青苷積累。
2.MdNAC33參與ALA誘導的花青苷的積累
為了明確MdNAC33在ALA誘導的蘋果花青苷積累中的作用,我們構(gòu)建MdNAC33超表達與RNAi干擾表達載體,并通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法瞬時轉(zhuǎn)化至蘋果果皮或葉片,或者穩(wěn)定轉(zhuǎn)化至‘王林’蘋果愈傷組織。結(jié)果發(fā)現(xiàn),無論是哪個體系,超表達(OE-)MdNAC33均能顯著提高蘋果中花青苷含量,同時ALA具有增效效應;而干擾(RNAi-)MdNAC33表達后,則蘋果花青苷含量顯著降低,且ALA能緩解這種抑制效應。此外,RT-qPCR檢測發(fā)現(xiàn),MdbHLH3、MdDFR和MdANS在轉(zhuǎn)基因蘋果中的表達量發(fā)生明顯變化,暗示著這些基因可能作為MdNAC33下游靶基因,共同參與蘋果花青苷合成調(diào)控。
圖2. MdNAC33參與ALA誘導蘋果花青苷的生物合成的功能分析
3.MdNAC33與MdbHLH3、MdDFR和MdANS的啟動子結(jié)合并激活其轉(zhuǎn)錄
由于MdbHLH3、MdDFR和MdANS在轉(zhuǎn)基因蘋果中的相對表達量出現(xiàn)明顯變化,猜想,MdNAC33可能通過激活這些基因的表達來調(diào)節(jié)花青苷積累。于是,我們克隆了這些基因上游2000bp的啟動子區(qū)。通過酵母單雜(Y1H)發(fā)現(xiàn),MdNAC33可以與MdbHLH3、MdDFR和MdANS啟動子結(jié)合。EMSA實驗也證明了這種結(jié)合。同時,我們開展雙熒光素酶及GUS報告基因?qū)嶒?,證明MdNAC33可以激活MdbHLH3、MdDFR和MdANS的啟動子。其中,MdNAC33轉(zhuǎn)錄激活的MdbHLH3可以促進MdDFR和MdUFGT轉(zhuǎn)錄,而MdNAC33轉(zhuǎn)錄激活的MdDFR和MdANS也促進花青苷合成。
圖3. Y1H及EMSA證明MdNAC33與花青苷合成和調(diào)控相關(guān)基因啟動子結(jié)合
4.MdNAC33與MdMYB1互作,促進花青苷合成與積累
已知MBW (MdMYB1、MdbHLH3、MdbHLH33、MdTTG1)蛋白復合物在蘋果花青苷合成調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。為了檢驗MdNAC33與這些傳統(tǒng)轉(zhuǎn)錄因子的關(guān)系,我們進行Y2H、LCI和BiFC實驗。結(jié)果表明,MdNAC33與MdMYB1互作,并通過后者來上調(diào)MdUFGT和MdGSTF12表達,從而促進花青苷合成與積累。
圖4. MdNAC33與MdMYB1的互作分析
綜上所述,我們發(fā)現(xiàn)MdNAC33在ALA誘導蘋果花青苷積累中起到關(guān)鍵作用。基于此,我們提出MdNAC33參與ALA誘導蘋果花青苷積累的模型。首先,ALA處理上調(diào)MdNAC33表達。然后,MdNAC33通過三種方式來促進花青苷合成與積累。一,直接激活MdDFR和MdANS表達;二,直接激活調(diào)節(jié)基因如MdbHLH3,進而上調(diào)結(jié)構(gòu)基因如MdDFR和MdUFGT表達;三,與轉(zhuǎn)錄因子MdMYB1互作,增強MdMYB1與靶基因結(jié)合,促進MdUFGT和MdGSTF12表達,最終,使得ALA處理后的蘋果花青苷積累顯著增加。本研究結(jié)果為ALA調(diào)控蘋果花青苷積累提供了新的理論證據(jù)。
作者簡介:
論文DI一作者為南京農(nóng)業(yè)大學果樹學博士生張留孜,通訊作者為汪良駒教授、仲巖副教授??蒲兄韽埥ㄦ?、碩士畢業(yè)生魏波、碩士研究生李亞格和方項博士在試驗研究以及論文撰寫過程中也發(fā)揮了重要作用。
汪良駒教授是江蘇省植物生理學會植物生長物質(zhì)與生長調(diào)控ZHUAN業(yè)委員會主任。他于2000年起開始從事ALA在農(nóng)林作物抗逆增產(chǎn)提質(zhì)效應及其生物學基礎研究。其研發(fā)的產(chǎn)品“金村秋”、“禾稼春”和“秀果美”等已經(jīng)大面積應用于QUAN國20多個省市區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)。其團隊先后獲得20多項政府專項資金資助,在國內(nèi)外學術(shù)期刊發(fā)表與ALA有關(guān)研究論文100余篇,GUO家授權(quán)專利20余項,處于5-A農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究前沿。
資助基金:
江蘇省農(nóng)業(yè)自主創(chuàng)新資金重大項目——CX(20)2023
國JIA自然科學基金——32172512,31772253
江蘇省碳達峰碳中和前沿基礎項目——BK20220005
江蘇省高校優(yōu)勢學科項目
閱讀文章:https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2023.111949
產(chǎn)品及案例
- 南京農(nóng)業(yè)大學:蘋果β-淀粉 酶基因家族新成員MdBAM17正調(diào)控淀粉降解參與ALA誘導的氣孔開放
- 南京農(nóng)業(yè)大學汪良駒教授團隊:外源 5-氨基乙酰丙酸 (ALA) 調(diào)節(jié)梨葉光合效率的機制研究
- ALA相關(guān)文章|外源 5-氨基乙酰丙酸(ALA)調(diào)節(jié)梨葉光合效率的機制研究
- 南京禾稼春參與的江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新項目 正式結(jié)題
- 禾稼春”5-氨基乙酰丙酸“在“開花受精果樹上防寒疏花保果提質(zhì)及...的技術(shù)”通過江蘇省農(nóng)學會科研項目技術(shù)評價