2024年6月12日,西北農林科技大學(xué)作物抗逆與高效生產(chǎn)全國重點(diǎn)實(shí)驗室/園藝學(xué)院蘋(píng)果抗逆與品質(zhì)改良創(chuàng )新團隊馬鋒旺教授/李超課題組在植物學(xué)期刊The Plant Cell(影響因子10)在線(xiàn)發(fā)表了題為“The MdHSC70-MdWRKY75 module mediates basal apple thermotolerance by regulating the expression of heat shock factor genes"的研究論文,揭示了MdHSC70-MdWRKY75模塊調控MdHsfs參與蘋(píng)果耐熱性的新機制。
蘋(píng)果(Malus × domestica)是世界上具有經(jīng)濟價(jià)值的水果之一,對人類(lèi)健康和促進(jìn)我國北方農民增收、鄉村振興及生態(tài)環(huán)境改善等方面發(fā)揮重要作用。我國是蘋(píng)果生產(chǎn)和消費國,但大多數蘋(píng)果產(chǎn)區夏季高溫,導致蘋(píng)果生長(cháng)發(fā)育不良,嚴重制約了蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)的優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展。因此,挖掘和鑒定蘋(píng)果耐熱基因,探究蘋(píng)果熱脅迫的調控機制,能夠為蘋(píng)果耐熱分子設計育種提供理論依據和基因資源,對全球氣候變暖背景下蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)可持續發(fā)展具有重要意義。
在該研究中,作者首先發(fā)現MdWRKY75的表達受熱脅迫誘導上調。隨后,作者通過(guò)遺傳轉化技術(shù)獲得了MdWRKY75過(guò)表達和干擾蘋(píng)果植株,對轉基因植株進(jìn)行高溫處理后發(fā)現,MdWRKY75正調節蘋(píng)果耐熱性(圖1)。
圖1 MdWRKY75正調控蘋(píng)果耐熱性
通過(guò)RNA-seq、DAP-seq(圖2)以及RT-qPCR試驗篩選到MdWRKY75在熱脅迫下的5個(gè)潛在靶基因。EMSA、酵母單雜交、GUS和雙熒光素酶試驗證明MdWRKY75正調控熱激轉錄因子MdHsf4、MdHsfB2a和MdHsfA1d的表達。通過(guò)瞬時(shí)轉化技術(shù)證明這三個(gè)熱激轉錄因子均正調節蘋(píng)果耐熱性。在MdWRKY75-Ri3的背景下對這三個(gè)MdHsfs進(jìn)行過(guò)表達均能挽救其熱敏感表型,說(shuō)明MdWRKY75的耐熱性是通過(guò)激活這三個(gè)熱激轉錄因子的表達實(shí)現的。
圖2 DAP-seq鑒定了MdWRKY75在全基因組上的結合情況及識別位點(diǎn)
隨后,作者通過(guò)酵母雙雜交篩庫篩選到與MdWRKY75互作的熱激蛋白MdHSC70。分別通過(guò)瞬時(shí)過(guò)表達和VIGS技術(shù)證明MdHSC70是蘋(píng)果耐熱性的負調節因子。GUS、雙熒光素酶和EMSA試驗證明MdHSC70通過(guò)與MdWRKY75互作并抑制其對MdHsfs的激活作用。在MdWRKY75-OE3的背景下分別對MdHSC70進(jìn)行瞬時(shí)過(guò)表達和沉默后發(fā)現,過(guò)表達MdHSC70顯著(zhù)降低了MdWRKY75-OE3的耐熱性,而沉默MdHSC70的植株耐熱性與MdWRKY75-OE3無(wú)顯著(zhù)差異,表明MdHSC70的熱敏表型是由MdWRKY75介導的。
綜上所述,該研究明確了MdWRKY75通過(guò)激活MdHsfs的表達正調控蘋(píng)果耐熱性的生物學(xué)功能,闡明了MdHSC70與MdWRKY75互作并抑制其對MdHsfs調控的分子機制(圖3)。研究結果豐富了蘋(píng)果應對高溫環(huán)境的分子調控網(wǎng)絡(luò ),也為蘋(píng)果的分子定向育種提供基因資源和理論基礎。
圖3 MdHSC70-MdWRKY75-MdHsfs模塊調節蘋(píng)果耐熱性的分子機制
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