西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院馬鋒旺教授團(tuán)隊(duì)揭示轉(zhuǎn)錄因子MdNAC104通過(guò)CBF依賴及不依賴途徑調(diào)控蘋果耐寒性的分子機(jī)制

　　近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院蘋果抗逆與品質(zhì)改良創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)馬鋒旺教授/毛柯副研究員課題組聯(lián)合新疆農(nóng)科院園藝研究所王繼勛研究員課題組在Plant Biotechnology Journal在線發(fā)表了題為“MdNAC104 positively regulates apple cold tolerance via CBF-dependent and CBF-independent pathways”的研究論文，揭示了MdNAC104通過(guò)促進(jìn)CBFs基因表達(dá)、抗氧化酶活性和花青苷積累等多個(gè)途徑協(xié)同增強(qiáng)蘋果耐寒性的分子機(jī)制。

 

　　近年來(lái)，我國(guó)蘋果種植區(qū)遭遇冬季極端低溫和春季倒春寒天氣愈發(fā)頻繁，低溫成為限制蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要環(huán)境因子之一。從生理和分子水平探究植物響應(yīng)低溫脅迫機(jī)制，能夠?yàn)樘O果耐寒分子設(shè)計(jì)育種提供理論依據(jù)和基因資源，對(duì)蘋果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。NAC（NAM, ATAF1/2 and CUC2）轉(zhuǎn)錄因子廣泛參與植物的生長(zhǎng)發(fā)育和非生物脅迫響應(yīng)過(guò)程。目前，盡管一些NAC家族成員被鑒定參與植物的低溫脅迫響應(yīng)，但相關(guān)報(bào)道主要集中在模式植物中，果樹(shù)中的研究很少且不清楚。

 

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　　該研究發(fā)現(xiàn)MdNAC104過(guò)表達(dá)顯著增強(qiáng)轉(zhuǎn)基因蘋果植株的耐寒性。通過(guò)轉(zhuǎn)錄調(diào)控分析、啟動(dòng)子結(jié)合鑒定等試驗(yàn)證明MdNAC104能直接結(jié)合MdCBF1、MdCBF3啟動(dòng)子并促進(jìn)它們的表達(dá)，從而增強(qiáng)蘋果植株的耐寒性。另一方面，通過(guò)轉(zhuǎn)錄組及代謝組聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)低溫下MdNAC104過(guò)表達(dá)植株花青苷合成通路中的多個(gè)關(guān)鍵基因的表達(dá)顯著上調(diào)，相關(guān)代謝物積累水平也顯著提高。另外，MdNAC104過(guò)表達(dá)植株中的多個(gè)抗氧化酶（SOD，POD）編碼基因的表達(dá)也顯著上調(diào)。通過(guò)啟動(dòng)子結(jié)合、轉(zhuǎn)錄調(diào)控分析等試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)MdNAC104能結(jié)合花青苷合成關(guān)鍵基因MdCHS-b、MdCHI-a、MdF3H-a和MdANS-b的啟動(dòng)子，以及抗氧化酶編碼基因MdFSD2和MdPRXR1.1的啟動(dòng)子，從而直接激活它們的表達(dá)，促進(jìn)低溫下花青苷的積累和抗氧化酶活性的提高，增強(qiáng)轉(zhuǎn)基因植株耐寒性。

 

　　綜上，該研究明確了MdNAC104正調(diào)控蘋果植株耐寒性的生物學(xué)功能，并解析了MdNAC104響應(yīng)低溫過(guò)程中促進(jìn)CBFs基因、花青苷合成基因及抗氧化酶編碼基因的表達(dá)，從而通過(guò)CBF依賴及不依賴的多個(gè)途徑協(xié)同增強(qiáng)蘋果植株耐寒性的分子機(jī)理。

 

　　西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/園藝學(xué)院馬鋒旺教授、毛柯副研究員和新疆農(nóng)科院園藝研究所王繼勛研究員為本文的通訊作者，博士研究生梅闖和楊潔為共同第一作者。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)資金的資助。研究還得到了園藝學(xué)院園藝科學(xué)研究中心在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上的支持。

 

　　文章鏈接：http://doi.org/10.1111/pbi.14112