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解析VlbZIP30促进葡萄木质素沉积及增强葡萄抗旱性的调控机理
日期:2020-11-04 作者:未知 来源:园艺研究 点击:
 葡萄(Vitis vinifera)是世界上重要的水果作物之一,其果实以鲜食和葡萄干为主。它们也可以加工成为副产品,包括葡萄酒、烈酒、果醋或转化为促进人体健康的保健品。然而干旱胁迫严重影响了葡萄果实的品质和产量。因此增加葡萄对干旱胁迫的抵抗力将成为产量稳定性的重要因素。
    bZIP 基因家族是真核生物中分布最广泛、最保守的一类蛋白。大量研究表明,bZIP 转录因子家族具有许多重要的生物学功能,尤其在增强植物抗旱性方面起着重要的作用。最近的报道表明,木质素在保护植物免受干旱胁迫的过程中起着重要的作用,然而截止目前,bZIP 基因具有调控植物木质素的生物合成的功能还没有被报道。
    近日,Horticulture Research 在线发表了西北农林科技大学园艺学院葡萄种质资源与育种科研团队的题为Grapevine VlbZIP30 improves drought resistance by directly activating VvNAC17 and promoting lignin biosynthesis through the regulation of three peroxidase genes 的研究论文。
    在该研究中首次发现 bZIP 转录因子可以直接参与木质素的生物合成并因此增强植物的抗旱性。该论文首先将 VlbZIP30 转录因子遗传转化到无核白葡萄中,并成功获得了 12 个 VlbZIP30 过表达转基因葡萄株系。研究发现在对照条件下,过表达 VlbZIP30 的转基因葡萄植株在茎秆的表皮和次生木质部表现出木质素的显著沉积(主要是 G 型和 S 型木质素),这是由于 VlbZIP30 调控木质素生物合成基因 VvPRX4 和 VvPRX72 的表达上调所致。同时研究还发现,在干旱条件下,VlbZIP30 的过表达显著增强了葡萄的抗旱性,具体表现为转基因植株叶片的失水率降低,保持了有效的光合速率,以及增强木质素的积累(主要是 G 型木质素)。
    EMSA,双荧光素酶活性分析和 ChIP-qPCR 实验结果表明,VlbZIP30 可以直接特异性结合木质素生物合成基因(VvPRX N1)和干旱响应基因(VvNAC17)的启动子中的 G-box 顺式作用元件,以激活其表达,最终赋予转基因葡萄的耐旱性。
    综上,该研究结果表明 VlbZIP30 通过激活木质素生物合成基因的表达并增加木质素沉积以及激活干旱胁迫基因的表达来共同促进抗旱性的增强。该研究报道了一种 bZIP 家族基因(VlbZIP30)介导的调控葡萄木质素生物合成和抗旱性的作用机制。这项研究结果可能对利用分子育种手段培育具有抗旱性的水果作物有一定的价值。
    西北农林科技大学园艺学院博士生涂明星为该文第一作者,博士生王现行为共同第一作者,王西平教授为该文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(31572110 和 U1903107)和葡萄种质资源与育种创新研究计划(2013KCT-25)的资助。
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