2024年12月24日，西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院管清美教授和馬鋒旺教授團(tuán)隊(duì)《D eve lopmental Cell 》上發(fā)表題為“Natural variation in an HD-ZIP factor identifies its role in controlling apple leaf cuticular wax deposition”的研究論文，揭示了蘋果葉片表皮蠟質(zhì)沉積的調(diào)控機(jī)制。植物表皮蠟質(zhì)是環(huán)境與植物之間的主要界面。園藝學(xué)院博士生曹富國（已畢業(yè)）和碩士生錢謙為共同第一作者。園藝學(xué)院管清美教授和馬鋒旺教授為共同通訊作者。
表皮蠟質(zhì)廣泛存在于莖、葉、花和果實(shí)等組織，在植物表面具有晶體結(jié)構(gòu)，并隨著植物的年齡、環(huán)境和發(fā)育期而變化，因此在植物生長、發(fā)育和抗逆性中起著至關(guān)重要的作用。表皮蠟質(zhì)可以阻止植物葉片的非氣孔性水分散失，防止植物與病原體和紫外線輻射的直接接觸。
通過全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS），該研究鑒定出調(diào)控蘋果葉片表皮蠟質(zhì)的基因 MdHDG5 。 HDG5 啟動(dòng)子上的A-to-G單核苷酸多態(tài)性（SNP）與 HDG5 的表達(dá)水平和二十六烷醇含量（葉片表皮蠟質(zhì)的一種成分）有關(guān)。
進(jìn)一步研究表明，在蠟質(zhì)含量較低的蘋果種質(zhì)中， HDG5 啟動(dòng)子中的G型SNP為MYB62提供了結(jié)合位點(diǎn)，從而抑制了 HDG5 的轉(zhuǎn)錄；同時(shí)，MIEL1、PIAL2和HDG5能夠形成復(fù)合體，其中PIAL2通過促進(jìn)HDG5的SUMO化水平增強(qiáng)其蛋白穩(wěn)定性，而高轉(zhuǎn)錄水平的MIEL1則通過泛素化途徑使PIAL2和HDG5的降解較多。這兩種調(diào)控作用（轉(zhuǎn)錄調(diào)控和翻譯后調(diào)控）共同導(dǎo)致了較低的HDG5蛋白水平，從而使葉片表皮蠟質(zhì)沉積較少，水分散失速率較快。相反，在蠟質(zhì)含量較高的種質(zhì)中， HDG5 啟動(dòng)子的A型SNP阻止了MYB62的結(jié)合，從而提高了 HDG5 的表達(dá)水平；此外，低轉(zhuǎn)錄水平的MIEL1減少了HDG5和PIAL2的降解，導(dǎo)致HDG5和PIAL2的蛋白水平增加，同時(shí)更多的PIAL2穩(wěn)定了HDG5蛋白。這兩種調(diào)控作用共同導(dǎo)致了較高的HDG5蛋白水平，進(jìn)而促進(jìn)了葉片表皮蠟質(zhì)的沉積，有效防止了水分散失。本研究為蘋果葉片表皮蠟質(zhì)含量的自然變化提供了重要的遺傳見解，并揭示了植物通過復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制來適應(yīng)環(huán)境脅迫，其中蠟質(zhì)在維持水分平衡方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金（32172530、32325045、32202459）、陜西省科技專項(xiàng)（2020zdzx03-01-02）、新疆蘋果研究體系（XJLGCYJSTX04-2024）和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2024DA010）的聯(lián)合資助。
原文鏈接：https://www.cell.com/developmental-cell/abstract/S1534-5807（24）00723-8
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