低溫是重要的非生物脅迫之一，近年來頻繁出現(xiàn)的極端低溫天氣嚴(yán)重影響了獼猴桃的生長發(fā)育和產(chǎn)量。近日，鄭州果樹研究所獼猴桃資源與育種團(tuán)隊(duì)在獼猴桃抗寒研究中取得新進(jìn)展，明確了獼猴桃AaBAM3.1基因與AaCBF4互作調(diào)控獼猴桃抗寒性的分子機(jī)制，并在Horticulture Research在線發(fā)表了題為“The AaCBF4-AaBAM3.1 module enhances freezing tolerance in kiwifruit （Actinidia arguta）”的文章。

 

　　該研究利用在抗寒雜交F1代的BSR-Seq測序中發(fā)現(xiàn)在不同抗寒性獼猴桃中差異表達(dá)的β-淀粉酶基因（BAM）進(jìn)行BAM的抗寒功能以及機(jī)制研究。BAM被認(rèn)為是將淀粉降解為可溶性糖的關(guān)鍵酶，在低溫脅迫下對可溶性糖的積累中起著關(guān)鍵作用。本研究中抗寒性強(qiáng)的獼猴桃品種中枝條可溶性糖含量較高，通過定量分析表明軟棗獼猴桃AaBAM3.1基因能夠響應(yīng)低溫且在抗寒性強(qiáng)的品種中表達(dá)量高，進(jìn)一步分析顯示其在休眠期的表達(dá)量高于生長期，在葉片中的表達(dá)量高于根、莖。AaBAM3.1定位在葉綠體中，表明其可催化葉綠體中淀粉降解以及可溶性糖累積。成功將AaBAM3.1基因進(jìn)行獼猴桃轉(zhuǎn)基因，轉(zhuǎn)基因植株在低溫下的可溶性糖含量顯著提高，PRO、MDA、CAT、SOD含量在轉(zhuǎn)基因植株中明顯升高，且轉(zhuǎn)基因植株的相對電導(dǎo)率降低即抗寒性提高，在擬南芥轉(zhuǎn)基因也得到相似的結(jié)果，證明了AaBAM3.1在獼猴桃中的抗寒功能。通過AaBAM3.1啟動子元件分析發(fā)現(xiàn)啟動子中包含CBF結(jié)合元件、JA結(jié)合元件以及ABA結(jié)合元件等，并進(jìn)行了啟動子轉(zhuǎn)基因擬南芥的轉(zhuǎn)錄活性分析，篩選出CBF1.1、CBF2.1、CBF2.2和CBF4，通過采用酵母單雜交篩選AaBAM3.1基因與AaCBF4互作，并進(jìn)一步進(jìn)行雙熒光素酶驗(yàn)證試驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果為獼猴桃抗寒分子機(jī)制研究以及抗寒分子育種提供基礎(chǔ)。

 

　　該文章的第一作者為鄭州果樹研究所博士研究生孫世航，通訊作者為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院鄭州果樹研究所方金豹研究員和林苗苗副研究員。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（31801820）、國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2019YFD1000800）、中國農(nóng)科院創(chuàng)新工程（CAAS-ASTIP-2015-ZFRI）、河南省大宗水果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（S2014-11）的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41438-021-00530-1