近日，園藝學(xué)院果樹逆境生物學(xué)團(tuán)隊(duì)徐凌飛教授課題組在Plant Physiology在線發(fā)表了題為“Transcription factor PbNAC71 regulates xylem and vessel development to control plant height”的研究論文。該研究揭示了‘PbRNF217-PbNAC71-PbWAT1’模型通過影響木質(zhì)部、導(dǎo)管發(fā)育調(diào)控梨株高的分子機(jī)制，博士研究生叢柳為本論文第一作者，徐凌飛教授為論文通訊作者。

 

　　矮化栽培具有早果、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、便于機(jī)械化操作等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代果樹生產(chǎn)發(fā)展的方向。優(yōu)良矮化砧木是實(shí)現(xiàn)梨矮化栽培的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。目前，由于缺乏理想的梨矮化砧木，國內(nèi)梨生產(chǎn)栽培仍然沿用喬化密植栽培。因此，挖掘梨優(yōu)良致矮基因，解析調(diào)控機(jī)制，為梨矮化砧木和矮生品種的分子育種提供理論依據(jù)和基因資源，對(duì)于加快梨矮化栽培具有重要意義。

 

　　課題組首先在矮化砧穂組合中篩選到一個(gè)可能調(diào)控梨株高的NAC家族轉(zhuǎn)錄因子PbNAC71。通過轉(zhuǎn)基因功能驗(yàn)證，證明了PbNAC71是一個(gè)調(diào)控梨生長發(fā)育的負(fù)調(diào)控因子。與野生型相比，轉(zhuǎn)基因‘OHF-333’梨和煙草木質(zhì)部及導(dǎo)管顯著減小，株高降低，表現(xiàn)出明顯的矮生表型。同時(shí)，篩選出了PbNAC71調(diào)控木質(zhì)部、導(dǎo)管發(fā)育的下游基因PbWAT1，并驗(yàn)證了其功能。分子互作實(shí)驗(yàn)證明了PbNAC71能通過結(jié)合PbWAT1啟動(dòng)子上的SNBE元件降低其啟動(dòng)子活性。

 

　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)PbNAC71蛋白能與E3泛素連接酶PbRNF217蛋白互作，并通過體內(nèi)/體外蛋白降解實(shí)驗(yàn)證明了PbRNF217能促進(jìn)PbNAC71發(fā)生依賴26S蛋白酶體的泛素化降解。本研究在過表達(dá)PbNAC71的轉(zhuǎn)基因煙草中又過表達(dá)了PbRNF217。與單轉(zhuǎn)基因煙草相比，雙轉(zhuǎn)基因煙草株高顯著增加，NtWAT1的表達(dá)顯著上調(diào)，木質(zhì)部及導(dǎo)管大小也明顯增加大。并且我們還發(fā)現(xiàn)MG132處理后，雙轉(zhuǎn)基因煙草生長受到顯著抑制，NtWAT1顯著下調(diào)表達(dá)，其木質(zhì)部及導(dǎo)管大小也顯著減小。這些結(jié)果表明PbRNF217能促進(jìn)PbNAC71發(fā)生依賴26S蛋白酶體的泛素化降解，調(diào)控木質(zhì)部及導(dǎo)管發(fā)育，從而影響植株高度。

 

　　綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)并解析了梨矮生基因PbNAC71調(diào)控木質(zhì)部及導(dǎo)管發(fā)育導(dǎo)致矮生的分子機(jī)制，形成了‘PbRNF217-PbNAC71-PbWAT1’的調(diào)控模型，為選育梨矮生品種和矮化砧木提供了重要的理論依據(jù)和參考。

 

　　西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院博士研究生叢柳為本論文第一作者，徐凌飛教授為論文通訊作者，馬鋒旺教授等參與了該研究。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目支持。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：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae011