PCE | 西北农林科技大学李厚华团队发表海棠花青苷生物合成的分子机制

学术   2024-11-12 23:37   湖北  

近日,西北农林科技大学风景园林艺术学院李厚华教授团队在Plant, Cell & Environment在线发表了题为“MsERF17 promotes ethylene-induced anthocyanin biosynthesis under drought conditions in Malus spectabilis leaves”的研究论文,揭示了乙烯诱导的MsERF17在干旱条件下通过调控MsbHLH3和MsF3'H的表达来促进‘海棠花’ 叶片中花青素的积累。
本研究发现在PEG-8000模拟干旱条件下, ‘海棠花’ 的叶片会从绿色变为红色,并伴随着花青苷含量的增加(图1a-f)。采用HPLC-DAD测定了不同浓度PEG-8000处理下叶片中的花青素和相关化合物的含量(图1g)。结果表明,矢车菊素-3,5-葡萄糖苷和矢车菊苷-3-O-半乳糖苷是干旱条件下叶片颜色加深的主要呈色物质。随着干旱程度的增加,红叶中的乙烯含量呈线性升高,利用LC-MS测定叶片中的乙烯含量,结果显示,在10%PEG-8000 (10%PEG="8.23" ng/mL)处理后的叶片中乙烯含量显著上升(图1h),并与花青素的积累一致。此外,外源喷施乙烯使叶片逐渐变红,且花青素含量显著增加(图1i,j)。相比之下,乙烯抑制剂(1-MCP)处理后并没有使叶色有显著变化。说明乙烯能诱导花青素生物合成。总之,干旱条件下叶片从绿色变为红色主要是由花青素引起的,且乙烯的产生促进了叶片中花青素的积累。
通过对不同干旱条件下海棠花叶片中花青苷含量、激素水平、基因表达差异分析,锁定了一个在干旱胁迫下高表达的乙烯响应因子-MsERF17;在‘海棠花’ 叶片、苹果果皮中进行瞬时过表达及苹果愈伤中稳定转化实验,证实了该基因可以促进植物体内花青苷的合成;利用酵母单杂交、双荧光素酶和GUS组织染色等试验证明了MsERF17通过与花青苷合成调控基因MsbHLH3和结构基因MsF3'H的启动子结合并激活其表达来促进花青苷合成(图2)。综上所述,该研究揭示了干旱胁迫诱导了花青苷生物合成的分子调控网络,为解释非生物胁迫诱导花青苷生物合成提供了理论支持。
李厚华教授团队多年来主要以苹果属海棠为研究对象,从事植物种质资源收集、新品种选育、花果呈色机理和抗逆胁迫机理等研究。硕士生许亚平和博士生刘一心为共同第一作者,李厚华教授为通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金项目、中央高校基本科研业务费专项资金等课题的支持。
原文链接:
https://doi.org/10.1111/pce.15271
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