https://doi.org/10.1186/s43897-024-00117-z
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近日，Molecular Horticulture在线发表了上海交通大学农业与生物学院张才喜/纠松涛课题组的研究性论文，题为The VvD14c-VvMAX2-VvLOB/VvLBD19 module is involved in strigolactone-mediated regulation of grapevine root architecture。该研究揭示了新型植物激素独脚金内酯（SLs）在葡萄根系发育调控中的生理功能；首次在葡萄中鉴定到SLs的激素受体VvD14c。解析了VvD14c与SLs信号关键因子VvMAX2的互作依赖于SLs人工合成类似物GR24的存在。在葡萄和拟南芥中过量表达VvD14c和VvMAX2均能减少转基因植株的侧根数量和密度，进而影响其根系构型。体内和体外试验也表明，VvMAX2与侧根发生关键调控因子VvLOB/VvLBD19蛋白互作。该研究解析了VvD14c-VvMAX2-VvLOB/VvLBD19模块参与独脚金内酯介导的葡萄根系构型调控， 这为葡萄根系生长发育调控提供了新的见解。
背景介绍
提质增效是葡萄产业高质量发展的关键，而葡萄根系发育状况与其地上部产量和果实品质形成密切相关。在葡萄生产中为提高果实品质，经常采取断根、修剪等方式来平衡地上部和地下部的生长，但是存在劳动强度大、成本高等突出问题。开展葡萄构型调控机理研究，不仅有助于完善葡萄根系发育理论，而且对于实现葡萄高品质和轻简化栽培也具有重要的理论和现实意义。近些年来，尽管植物根系发育调控机理研究取得一些重要进展，但因根系发育的复杂性，其调控机理仍需深入解析。除遗传因子外，根系发育还受环境因子和激素的调控。已有研究发现独脚金内酯及其衍生物能够显著抑制拟南芥、番茄、苜蓿等植物侧根的形成，表明SLs在侧根形成调控中发挥着重要的作用。然而，SLs调控葡萄根系发育的内在机制尚不清楚。本研究旨在为通过改变根系构型调控葡萄产量和果实品质栽培新技术的研发提供理论依据。
研究结果
D14蛋白是一种α/β水解酶，是SLs信号通路中的关键受体。然而，葡萄中SLs激素受体及其他关键信号组分在葡萄根系构型中的生物学功能尚不清楚。基因表达分析发现，相比其它VvD14成员，VvD14c在葡萄各个组织及果实发育不同阶段表达丰度较高。分子对接预测了独角金内酯分子能够嵌套在葡萄VvD14c蛋白的活性空腔内。激素受体结合试验进一步证明了GR24分子可与VvD14c蛋白结合，亲和力为5.65×10-9 M，表明VvD14c蛋白是葡萄独脚金内酯的激素受体。药剂学试验表明，GR24显著促进葡萄不定根的伸长，增加不定根的粗度，同时降低葡萄侧根的数量和密度，并提高了VvD14c的表达丰度。体内和体外试验也表明，VvD14c与葡萄SLs信号通路关键组分VvMAX2存在蛋白互作关系，其蛋白互作依赖于独脚金内酯的存在。
Fig.1 VvD14c蛋白是葡萄独脚金内酯（SLs）的激素受体。SLs调控葡萄根系构型的信号通路模型。
分别在拟南芥d14和max2突变体中过表达VvD14c和VvMAX2，可恢复突变体侧根数量和密度的增加及主根伸长的表型。通过发根系统在葡萄中过量表达VvD14c和VvMAX2基因可显著减少葡萄侧根数量、降低侧根密度。蛋白互作试验表明VvMAX2蛋白与侧根发生关键调控因子VvLOB/VvLBD19互作。在拟南芥和葡萄中过量表达VvLOB和VvLBD19基因后，转基因植株的侧根的数量和密度显著增加，表明它们是葡萄侧根发育的正调控因子。
Fig.2 VvLOB和VvLBD19是葡萄侧根发育的正调控因子。
综合以上结果，该研究揭示了VvD14c-VvMAX2-VvLOB/VvLBD19模块可参与独脚金内酯介导的葡萄根系构型调控，这为葡萄根系生长发育调控提供了新的见解。
上海交通大学农业与生物学院博士研究生徐岩为论文第一作者，上海交通大学农业与生物学院张才喜教授和纠松涛副研究员为共同通讯作者。感谢上海交通大学分析测试中心林德立博士和河北农业大学陈来教授分别在激素受体结合试验、分子对接方面提供的技术支持。感谢中国科学院遗传与发育研究所李家洋院士团队赠予d14 和max2的拟南芥突变体。上海交通大学农业与生物学院王世平教授、王磊副研究员也参与了该项研究。本研究得到了国家自然科学基金（32102346）、上海扬帆计划（21YF1422100）、国家博士后创新人才计划（BX20180199等项目的资助。
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