MHOrT | 汪良駒團隊:5-氨基乙酰丙酸(ALA)激活MdWRKY71-MdMADS1模塊增強蘋果花青苷生物合成
2025-02-06 來自: 南京禾稼春生物科技有限公司 瀏覽次數(shù):270
近日,Molecular Horticulture在線發(fā)表了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院汪良駒教授團隊的研究性論文,題為5-Aminolevulinic acid activates the MdWRKY71-MdMADS1 module to enhance anthocyanin biosynthesis in apple。該研究揭示一個受5-氨基乙酰丙酸(ALA)正調(diào)控表達(dá)的MdWRKY71-MdMADS1模塊介導(dǎo)ALA誘導(dǎo)蘋果花青苷積累的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制,為ALA在品質(zhì)果實生產(chǎn)上推廣應(yīng)用提供了新的理論依據(jù)。
圖片摘要:MdWRKY71-MdMADS1模塊介導(dǎo)ALA誘導(dǎo)蘋果花青苷生物合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式。
背景介紹
蘋果是我國最重要的落葉果樹,其果實芳香艷麗深受廣大消費者喜愛。蘋果的外觀色澤是影響果實品質(zhì)的重要因素,鮮紅亮麗的果實更具市場競爭力,而果實紅色主要由花青苷含量決定。5-氨基乙酰丙酸(ALA)是一種新型植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì),具有顯著促進蘋果花青苷合成功能。該團隊最先發(fā)現(xiàn)這一功能,并且獲得農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn),使ALA成為我國第一擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的蘋果增色劑。經(jīng)轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組學(xué)分析,他們在ALA處理后的蘋果果皮中鑒定到MADS-box轉(zhuǎn)錄因子MdMADS1,證明其參與ALA誘導(dǎo)花青苷積累,但其作用機制尚不清楚。本研究以ALA誘導(dǎo)MdMADS1基因表達(dá)為切入點,運用多種分子生物學(xué)手段,深入細(xì)致地解析了ALA誘導(dǎo)花青苷積累的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制。
研究結(jié)果
研究者首先利用外源ALA處理、GUS、LUC報告基因、酵母單雜交、EMSA以及過表達(dá)和抑制表達(dá)體系證明,ALA誘導(dǎo)離體蘋果果皮、葉片及愈傷組織花青苷合成過程中依賴于MdMADS1(Fig.1),而MdMADS1作為轉(zhuǎn)錄因子能夠結(jié)合并激活MdCHS及MdUFGT表達(dá)(Fig.2),從而促進花青苷合成。
Fig.1 MdMADS1參與ALA誘導(dǎo)的蘋果花青苷合成
Fig.2 MdMADS1結(jié)合并激活MdCHS及MdUFGT表達(dá),從而促進花青苷合成。
其次,研究者利用酵母雙雜篩庫,發(fā)現(xiàn)一個新的能與MdMADS1互作的WRKY轉(zhuǎn)錄因子MdWRKY71。經(jīng)Y1H、EMSA、LUC、GUS試驗確認(rèn),MdWRKY71能結(jié)合MdDFR、MdANS以及MdMADS1啟動子,并激活三種基因表達(dá)。蛋白質(zhì)互作效應(yīng)試驗顯示,MdWRKY71與MdMADS1的互作既增強MdMADS1與MdCHS和MdUFGT的啟動子結(jié)合(Fig.3),也增強MdWRKY71與靶基因MdDFR和MdANS啟動子結(jié)合(Fig.4)。因而,ALA誘導(dǎo)的MdMADS1-MdWRKY71模塊互惠互利地促進蘋果花青苷積累過程。但是,MdMADS1處于MdWRKY71調(diào)控的下游,對上游MdWRKY71基因表達(dá)沒有調(diào)控活性。
Fig.3 MdWRKY71增強MdMADS1對MdCHS和MdUFGT轉(zhuǎn)錄活性。
Fig.4MdMADS1增強MdWRKY71對MdANS及MdDFR轉(zhuǎn)錄活性。
綜上所述,本研究揭示MdWRKY71-MdMADS1是介導(dǎo)ALA誘導(dǎo)蘋果花青苷生物合成的關(guān)鍵復(fù)合體。其中,MdWRKY71激活轉(zhuǎn)錄因子MdMADS1以及花青苷合成結(jié)構(gòu)基因MdANS和MdDFR表達(dá),而MdMADS1直接激活MdCHS和MdUFGT基因表達(dá)。值得注意的是,MdWRKY71作為轉(zhuǎn)錄因子,一是調(diào)控MdMADS1基因表達(dá),二是與MdMADS1蛋白互作,增強各自下游花青苷合成結(jié)構(gòu)基因表達(dá)活性?;谝陨习l(fā)現(xiàn),該研究構(gòu)建了一個理論模型,描繪MdWRKY71和MdMADS1介導(dǎo)ALA增強蘋果花青苷合成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(圖片摘要)。
該研究結(jié)果揭開了ALA誘導(dǎo)蘋果花青苷合成轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制的面紗一角,為這種新型植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)在高品質(zhì)果品生產(chǎn)上的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。其所確定的基因,包括MdWRKY71和MdMADS1,可作為著色型蘋果新品種選育的候選基因。
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹學(xué)博士生張留孜為論文第一作者,南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院汪良駒教授和陜西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院安玉艷副教授為共同通訊作者。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院科研助理張建婷及碩士畢業(yè)生陶慧慧在試驗研究以及論文撰寫也有貢獻。該研究獲得了國家自然科學(xué)基金(32172512,31772253,32272641),江蘇省碳達(dá)峰碳中和前沿基礎(chǔ)項目(BK20220005),江蘇省農(nóng)業(yè)自主創(chuàng)新資金重大項目(CX(20)2023),江蘇省高校優(yōu)勢學(xué)科項目等資助。
產(chǎn)品及案例
- 南京禾稼春公司參與的 “5-氨基乙酰丙酸抗逆增產(chǎn)提質(zhì)增效理論創(chuàng)建與應(yīng)用”項目 入選2024年度江蘇省行業(yè)領(lǐng)域(現(xiàn)代農(nóng)業(yè))十項科技進展
- MHOrT | 汪良駒團隊:5-氨基乙酰丙酸(ALA)激活MdWRKY71-MdMADS1模塊增強蘋果花青苷生物合成
- 南京農(nóng)業(yè)大學(xué):ALA上調(diào)PpWRKY18提高油桃雌蕊抗凍能力
- 汪良駒團隊在TOP期刊《J. Adv. Res.》揭示ALA調(diào)控草莓耐鹽性的分子機制
- 南京農(nóng)業(yè)大學(xué):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(dǎo)的氣孔開放