MHOrT | 汪良駒團(tuán)隊(duì)：5-氨基乙酰丙酸（ALA）激活MdWRKY71-MdMADS1模塊增強(qiáng)蘋(píng)果花青苷生物合成
2025-02-06 來(lái)自: 南京禾稼春生物科技有限公司 瀏覽次數(shù):231
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(tuán)隊(duì)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(gè)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(píng)果花青苷積累的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制，為ALA在品質(zhì)果實(shí)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(píng)果花青苷生物合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式。
背景介紹
蘋(píng)果是我國(guó)最重要的落葉果樹(shù)，其果實(shí)芳香艷麗深受廣大消費(fèi)者喜愛(ài)。蘋(píng)果的外觀色澤是影響果實(shí)品質(zhì)的重要因素，鮮紅亮麗的果實(shí)更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，而果實(shí)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(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)，具有顯著促進(jìn)蘋(píng)果花青苷合成功能。該團(tuán)隊(duì)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(guó)第一擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的蘋(píng)果增色劑。經(jīng)轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組學(xué)分析，他們?cè)贏LA處理后的蘋(píng)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(jī)制尚不清楚。本研究以ALA誘導(dǎo)MdMADS1基因表達(dá)為切入點(diǎn)，運(yùn)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(jī)制。
研究結(jié)果
研究者首先利用外源ALA處理、GUS、LUC報(bào)告基因、酵母單雜交、EMSA以及過(guò)表達(dá)和抑制表達(dá)體系證明，ALA誘導(dǎo)離體蘋(píng)果果皮、葉片及愈傷組織花青苷合成過(guò)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(jìn)花青苷合成。
Fig.1 MdMADS1參與ALA誘導(dǎo)的蘋(píng)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(jìn)花青苷合成。
其次，研究者利用酵母雙雜篩庫(kù)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的能與MdMADS1互作的WRKY轉(zhuǎn)錄因子MdWRKY71。經(jīng)Y1H、EMSA、LUC、GUS試驗(yàn)確認(rèn)，MdWRKY71能結(jié)合MdDFR、MdANS以及MdMADS1啟動(dòng)子，并激活三種基因表達(dá)。蛋白質(zhì)互作效應(yīng)試驗(yàn)顯示，MdWRKY71與MdMADS1的互作既增強(qiáng)MdMADS1與MdCHS和MdUFGT的啟動(dòng)子結(jié)合（Fig.3），也增強(qiáng)MdWRKY71與靶基因MdDFR和MdANS啟動(dòng)子結(jié)合（Fig.4）。因而，ALA誘導(dǎo)的MdMADS1-MdWRKY71模塊互惠互利地促進(jìn)蘋(píng)果花青苷積累過(guò)程。但是，MdMADS1處于MdWRKY71調(diào)控的下游，對(duì)上游MdWRKY71基因表達(dá)沒(méi)有調(diào)控活性。
Fig.3 MdWRKY71增強(qiáng)MdMADS1對(duì)MdCHS和MdUFGT轉(zhuǎn)錄活性。
Fig.4MdMADS1增強(qiáng)MdWRKY71對(duì)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(píng)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(qiáng)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(gè)理論模型，描繪MdWRKY71和MdMADS1介導(dǎo)ALA增強(qiáng)蘋(píng)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(kāi)了ALA誘導(dǎo)蘋(píng)果花青苷合成轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制的面紗一角，為這種新型植物生長(zhǎng)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(píng)果新品種選育的候選基因。
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹(shù)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(yàn)研究以及論文撰寫(xiě)也有貢獻(xiàn)。該研究獲得了國(guó)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(xiàng)目（BK20220005），江蘇省農(nóng)業(yè)自主創(chuàng)新資金重大項(xiàng)目（CX(20)2023），江蘇省高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科項(xiàng)目等資助。
產(chǎn)品及案例
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