OPR | 北京农学院姚允聪教授课题组解析嫁接对海棠花色素苷合成影响的分子机理
文摘
三农
2024-09-14 09:23
美国
观赏海棠属于蔷薇科苹果属，叶色丰富，使其兼具观赏价值和经济价值。近年来，红叶观赏海棠深受消费者喜爱，使得如何通过栽培手段提高观赏海棠叶片色泽成为研究的重要目标。嫁接是苹果属植物常见的无性繁殖技术，近年来研究表明砧木可以影响接穗次生代谢产物的积累。但是观赏海棠嫁接过程中，叶片花色素苷积累的动态变化分子机制尚不明确。
2024年8月，Ornamental Plant Research 发表了北京农学院姚允聪教授课题组题为Transcriptomic analyses reveal the effects of grafting on anthocyanin
biosynthesis in crabapple 的研究论文，通过对嫁接后观赏海棠叶片和茎部进行表型观察和转录组测序分析，筛选出嫁接过程中，影响接穗花色素苷生物合成的关键基因。该研究结果为嫁接过程中调控花色素苷生物合成的信号转导提出了新的见解，有助于对嫁接过程中接穗和砧木的选择起到指导作用。
该研究选用新叶红色观赏海棠品种‘印第安魔力’（Malus crabapple cv. ‘Indian Magic’）和常绿叶观赏海棠品种‘火焰’（M. crabapple cv. ‘Flame’）的组培苗分别作为接穗和砧木，通过表型观察、石蜡切片及花色素苷含量测定发现，在‘印第安魔力’作为砧木时，‘火焰’作为接穗的茎部存在非胁迫产生的花色素苷积累。
图1 嫁接影响花色素苷在F/I嫁接组合的积累。(a) 不同嫁接组合的嫁接苗的表型（红色箭头表示嫁接部位）；(b) 未嫁接苗和嫁接苗截面的石蜡切片。为深入了解嫁接过程中花色素苷积累的调控机制，本研究将三种嫁接组合：‘火焰’作为接穗，‘印第安魔力’作为砧木 （F/I）；‘印第安魔力’作为接穗，‘火焰’作为砧木（I/F）；‘印第安魔力’自嫁接（I/I）的接穗与砧木的茎部进行转录组测序，KEGGs分析表明差异基因主要富集在植物激素信号转导、糖和淀粉代谢、MAPK信号等通路。为进一步确定海棠嫁接过程中关键的花色素苷生物合成调节因子，我们对差异基因进行筛选并得到‘火焰’-‘印第安魔力’- 接穗与‘印第安魔力’-‘火焰’- 砧木中的差异基因MdSAUR20 可能作为在海棠嫁接过程中调控花色素苷生物合成关键调节基因。进一步通过瞬时转化观赏海棠组培苗进行MdSAUR20 基因功能验证，发现过表达MdSAUR20 能够促进组培苗叶片花色素苷明显积累，并影响花色素苷生物合成基因的表达水平。
图2 MdSUR20 的功能验证。(a) 过表达MdSAUR20 促进了苹果幼苗中花色素苷的积累；(b) 过表达MdSAUR20 苹果组培苗的花色素苷含量。(c) 过表达MdSAUR20 苹果组培苗中花色素苷生物合成基因的相对表达水平。
该研究由北京农学院姚允聪教授课题组完成，北京农学院和北京林业大学联合培养博士生赵梦南和已毕业硕士生王思凡为该论文的并列第一作者，北京农学院姚允聪教授和田佶教授为该论文的共同通讯作者。该工作得到了国家草原及林业局-第三批林草科技青年拔尖人才项目（2023132004）和北京农学院科技创新项目（BUA-HHXD2022001）的经费资助。
姚允聪/田佶教授团队多年围绕着苹果果实色泽和营养品质形成开展了广泛的研究，目前已经构建了类黄酮类物质代谢的转录调控网络，分析了环境因素对苹果属植物花色素苷积累的影响，并研究了DNA去甲基化、miRNA和lncRNA在苹果属植物着色中的重要作用。团队近5年来已在The Plant Cell、Plant Biotechnology Journal、Plant Physiology、The Plant Journal 、Plant, Cell & Environment、Horticulture Research 等国际知名期刊发表SCI论文20余篇。https://doi.org/10.48130/opr-0024-0018特邀作者：赵梦南
About Ornamental Plant Research
Ornamental Plant Research 是一本开放获取的期刊，致力于传播观赏植物领域的最新研究进展，专注于发表本领域原创研究文章、综述、评论、观点以及应用性论文。期刊主编由美国佛罗里达大学食品与农业科学学院陈建军教授担任。目前期刊已被Scopus、DOAJ、CABI等数据库收录。
期刊官网：
www.maxapress.com/opr
投稿链接：
mc03.manuscriptcentral.com/ornpr
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