近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉繼紅教授團(tuán)隊(duì)研究成果以“Two AT-Hook proteins regulate A/NINV7 expression to modulate sucrose catabolism for cold tolerance in Poncirus trifoliata”為題在New Phytologist發(fā)表。該研究揭示了柑橘抗寒資源通過調(diào)控蔗糖代謝應(yīng)答低溫脅迫的分子機(jī)制，為果樹栽培及培育優(yōu)質(zhì)抗寒種質(zhì)提供新思路。

 

　　低溫是限制柑橘產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要非生物逆境因子。在脅迫環(huán)境下，植物會(huì)通過代謝調(diào)控積累一定的滲透調(diào)節(jié)劑來維持細(xì)胞及細(xì)胞膜的穩(wěn)定性。其中轉(zhuǎn)化酶（Invertase）介導(dǎo)的蔗糖水解生成葡萄糖和果糖在逆境應(yīng)答中發(fā)揮重要作用，但是關(guān)于糖在低溫下的轉(zhuǎn)化利用及低溫應(yīng)答調(diào)控機(jī)制仍然不清楚。本研究中，研究人員利用柑橘抗寒資源枳為主要研究對(duì)象，經(jīng)過前期低溫應(yīng)答表達(dá)譜分析，發(fā)掘出受低溫顯著誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)化酶基因PtrA/NINV7。遺傳轉(zhuǎn)化證據(jù)表明，抑制PtrA/NINV7表達(dá)后柑橘砧木的抗寒性能降低，這一過程和蔗糖的水解和葡萄糖及果糖的積累緊密關(guān)聯(lián)。

 

　　研究人員進(jìn)一步鑒定了PtrA/NINV7啟動(dòng)子上響應(yīng)低溫的區(qū)間，并利用該片段通過酵母單雜交篩選文庫，鑒定到正向調(diào)控PtrA/NINV7基因表達(dá)的兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子AHL14 和AHL17（AT-Hook Motif Containing Nuclear Localized proteins）。AHL14 和AHL17均能直接獨(dú)立地調(diào)控PtrA/NINV7，且在抗寒中發(fā)揮正調(diào)控作用。研究還發(fā)現(xiàn)，AHL14 和AHL17可以蛋白互作形成同源或異源二聚體，同時(shí)與組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HATs）互作形成復(fù)合體，提升PtrA/NINV7啟動(dòng)子區(qū)域Histone 3乙酰化水平，進(jìn)一步增強(qiáng)低溫下PtrA/NINV7基因表達(dá)水平，促進(jìn)蔗糖分解代謝提升植物抗寒。該研究揭示了柑橘抗寒資源一個(gè)新的低溫應(yīng)答模塊AHL14/17-HATs-A/NINV7，創(chuàng)新性地揭示了AHL蛋白的抗寒功能和作用機(jī)制，解析了植物逆境應(yīng)答中蔗糖代謝的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)本研究中發(fā)掘的重要轉(zhuǎn)錄因子PtrAHL已獲批專利保護(hù)（專利號(hào)：ZL 2021 1 1284972.4）。因此本研究?jī)?nèi)容不僅為提升柑橘抗寒性提供理論指導(dǎo)，也為抗寒基因工程提供了關(guān)鍵基因資源。

 

　　華中農(nóng)業(yè)大學(xué)敘利亞博士留學(xué)生Bachar Dahro為論文第一作者，劉繼紅教授和李春龍教授為論文通訊作者。該研究受到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體等項(xiàng)目資助。

 

　　【英文摘要】

 

　　Invertase （INV）-mediated sucrose （Suc） hydrolysis, leading to the irreversible production of glucose （Glc） and fructose （Frc）， plays an essential role in abiotic stress tolerance of plants. However, the regulatory network associated with the Suc catabolism in response to cold environment remains largely elusive.

 

　　Herein, a cold-induced alkaline/neutral INV gene （PtrA/NINV7） of trifoliate orange （Poncirus trifoliata （L.） Raf.） was shown to function in cold tolerance via mediating the Suc hydrolysis. Meanwhile, a nuclear matrix-associated region （MAR） containing A/T-rich sequences within its promoter was indispensable for the cold induction of PtrA/NINV7.

 

　　Two AT-Hook Motif Containing Nuclear Localized （AHL） proteins, PtrAHL14 and PtrAHL17, were identified as upstream transcriptional activators of PtrA/NINV7 by interacting with the A/T-rich motifs. PtrAHL14 and PtrAHL17 function positively in the cold tolerance by modulating PtrA/NINV7-mediated Suc catabolism. Furthermore, both PtrAHL14 and PtrAHL17 could form homo- and hetero-dimers between each other, and interacted with two histone acetyltransferases （HATs）， GCN5 and TAF1, leading to elevated histone3 acetylation level under the cold stress.

 

　　Taken together, our findings unraveled a new cold-responsive signaling module （AHL14/17-HATs-A/NINV7） for orchestration of Suc catabolism and cold tolerance, which shed light on the molecular mechanisms underlying Suc catabolism catalyzed by A/NINVs under cold stress.

 

　　原文鏈接：

 

　　https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.18304