近日，園藝學(xué)院果樹發(fā)育生物學(xué)團(tuán)隊(duì)在《Horticulture Research》在線發(fā)表了題為“Transcriptome analysis reveals the regulatory mechanism by which MdWOX11 suppresses adventitious shoot formation in apple”的研究論文。該論文報(bào)道了MdWOX11通過(guò)結(jié)合并誘導(dǎo)細(xì)胞分裂素（CTK）合成基因MdCKX5表達(dá)促進(jìn)離體葉片受傷部位CTK的積累，進(jìn)而促進(jìn)不定芽形成。這一發(fā)現(xiàn)可為提高蘋果遺傳轉(zhuǎn)化和無(wú)性繁殖效率提供新思路。

 

　　不定芽再生是植物快速繁殖的有效途徑，也為植物發(fā)育和遺傳轉(zhuǎn)化的研究提供了有效的實(shí)驗(yàn)體系。蘋果作為我國(guó)主要果樹，其在種業(yè)發(fā)展中存在育種效率低、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)品種占比少和種苗無(wú)性繁殖效率低等問(wèn)題，與歐美等國(guó)尚存在一定差距，不定芽再生機(jī)制對(duì)于蘋果種業(yè)研究具有重要潛在應(yīng)用價(jià)值，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，葉盤法是普遍應(yīng)用的蘋果遺傳轉(zhuǎn)化方法，提高不定芽再生效率有助于提高蘋果遺傳轉(zhuǎn)化效率；第二，不定芽再生是蘋果種苗的根插等無(wú)性繁殖的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提高不定芽再生效率對(duì)于改進(jìn)蘋果種苗無(wú)性繁殖技術(shù)具有潛在應(yīng)用價(jià)值。迄今為止，已在擬南芥等模式植物中對(duì)不定芽再生機(jī)制進(jìn)行了解析，但蘋果中對(duì)相關(guān)機(jī)制認(rèn)識(shí)尚十分有限。

 

　　本研究發(fā)現(xiàn)蘋果基因型和CTK/IAA比值是影響其葉片形成不定芽的關(guān)鍵因素，并篩選到MdWOX11的表達(dá)水平與不定芽形成能力呈負(fù)相關(guān)，蘋果轉(zhuǎn)基因植株中，過(guò)表達(dá)MdWOX11（MdWOX11-OE）抑制不定芽的再生，干擾MdWOX11（MdWOX11-RNAi）促進(jìn)不定芽的再生。不定芽誘導(dǎo)培養(yǎng)3-7天后葉片明顯增大，可見少量愈傷組織，愈傷組織在大約 2 周時(shí)變大，在 21天時(shí)，大部分 GL-3 和 MdWOX11-RNAi 轉(zhuǎn)基因葉片表現(xiàn)出明顯的白色不定芽，但 MdWOX11-OE 葉片在 21 天時(shí)沒(méi)有形成不定芽（圖1）。干擾植株MdWOX11-RNAi中IAA、CTK和ABA的含量顯著高于過(guò)量表達(dá)植株MdWOX11-OE，進(jìn)一步使用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序揭示MdWOX11-RNAi和MdWOX11-OE轉(zhuǎn)基因蘋果植株在不定芽形成不同階段的基因轉(zhuǎn)錄水平變化，共鑒定到8066個(gè)差異表達(dá)的基因，包括參與IAA、CTK、ABA和GA激素信號(hào)通路的基因，在愈傷組織和不定芽發(fā)生階段，野生型GL-3中與CTK 信號(hào)通路和芽發(fā)育相關(guān)的基因表達(dá)高于MdWOX11-OE 轉(zhuǎn)基因植株，然而，MdCKX5在MdWOX11-OE轉(zhuǎn)基因植株中的表達(dá)高于 GL3和MdWOX11-RNAi 轉(zhuǎn)基因植株。酵母單雜交、雙熒光素酶報(bào)告基因分析和 ChIP-qPCR試驗(yàn)分析表明MdWOX11可與MdCKX5的啟動(dòng)子體內(nèi)外結(jié)合，雙熒光素酶報(bào)告基因試驗(yàn)分析表明MdWOX11增強(qiáng)了MdCKX5的啟動(dòng)子活性，暗示MdCKX5作用于MdWOX11的下游調(diào)控不定芽的形成。

 

　　基于以上結(jié)果，提出了MdWOX11調(diào)控MdCKX5轉(zhuǎn)錄介導(dǎo)蘋果不定芽發(fā)生工作模型，MdWOX11與MdCKX5的啟動(dòng)子結(jié)合并誘導(dǎo)其表達(dá)，MdCKX5促進(jìn)CTK的降解，葉片CTK水平下降，CTK響應(yīng)基因的低表達(dá)抑制不定芽形成，在MdWOX11-RNAi轉(zhuǎn)基因植株中，MdCTKX5的轉(zhuǎn)錄受到 MdWOX11低表達(dá)的抑制，低MdCKX5 水平限制CTK降解，高CTK含量誘導(dǎo)其響應(yīng)基因的表達(dá)，促進(jìn)不定芽形成。

 

 

　　園藝學(xué)院張東教授為該論文通訊作者，博士后毛江萍和碩士生馬豆豆為共同第一作者。該項(xiàng)研究工作獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和學(xué)校“雙一流”建設(shè)專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhac080