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德甲下注:【科研新进展】苹果抗逆与品质改良创新团队揭示MdWRKY75调控苹果耐热性的分子机制

来源:   作者:   发布日期:2024-06-13     浏览次数:

     

德甲下注苹果抗逆与品质改良创新团队马锋旺教授/李超课题组在植物学知名期刊《The Plant Cell》在线发表了题为“The MdHSC70-MdWRKY75 module mediates basal apple thermotolerance by regulating the expression of heat shock factor genes”的研究论文,揭示了MdHSC70-MdWRKY75模块调控 MdHsfs 参与苹果耐热性的新机制。


苹果( Malus  ×  domestica )是世界上最具经济价值的水果之一,对人类健康和促进我国北方农民增收、乡村振兴及生态环境改善等方面发挥重要作用。我国是世界上最大的苹果生产和消费国,但大多数苹果产区夏季高温,导致苹果生长发育不良,严重制约了苹果产业的优质高效发展。因此,挖掘和鉴定苹果耐热基因,探究苹果热胁迫的调控机制,能够为苹果耐热分子设计育种提供理论依据和基因资源,对全球气候变暖背景下苹果产业可持续发展具有重要意义。

在该研究中,作者首先发现 MdWRKY75 的表达受热胁迫诱导上调。随后,作者通过遗传转化技术获得了 MdWRKY75 过表达和干扰苹果植株,对转基因植株进行高温处理后发现,MdWRKY75正调节苹果耐热性(图1)。通过RNA-seq、DAP-seq以及RT-qPCR试验筛选到MdWRKY75在热胁迫下的5个潜在靶基因。EMSA、酵母单杂交、GUS和双荧光素酶试验证明MdWRKY75正调控热激转录因子 MdHsf4 、 MdHsfB2a 和 MdHsfA1d 的表达。通过瞬时转化技术证明这三个热激转录因子均正调节苹果耐热性。在 MdWRKY75 -Ri3的背景下对这三个 MdHsfs 进行过表达均能挽救其热敏感表型,说明MdWRKY75的耐热性是通过激活这三个热激转录因子的表达实现的。

图1 MdWRKY75正调控苹果耐热性

随后,作者通过酵母双杂交筛库筛选到与MdWRKY75互作的热激蛋白MdHSC70。分别通过瞬时过表达和VIGS技术证明MdHSC70是苹果耐热性的负调节因子。GUS、双荧光素酶和EMSA试验证明MdHSC70通过与MdWRKY75互作并抑制其对 MdHsfs 的激活作用。在 MdWRKY75 -OE3的背景下分别对 MdHSC70 进行瞬时过表达和沉默后发现,过表达 MdHSC70 显著降低了 MdWRKY75 -OE3的耐热性,而沉默 MdHSC70 的植株耐热性与 MdWRKY75 -OE3无显著差异,表明MdHSC70的热敏表型是由MdWRKY75介导的。

综上所述,该研究明确了MdWRKY75通过激活 MdHsfs 的表达正调控苹果耐热性的生物学功能,阐明了MdHSC70与MdWRKY75互作并抑制其对 MdHsfs 调控的分子机制(图2)。研究结果丰富了苹果应对高温环境的分子调控网络,也为苹果的分子定向育种提供基因资源和理论基础。

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图2 MdHSC70-MdWRKY75- MdHsfs 模块调节苹果耐热性的分子机制

德甲下注马锋旺教授和李超教授为本文通讯作者,博士研究生张志军和硕士研究生杨超为论文共同第一作者,张静研究员和席静等多名研究生参与了该论文的研究工作。该研究得到国家苹果产业技术体系专项资金、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费和陕西省苹果科技重大专项的资助。研究还得到了园艺科学研究中心在实验技术上的支持。

原文链接:https://doi.org/10.1093/plcell/koae171

编辑:曹有芳     终审:徐凌飞
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