近日，華中農(nóng)業(yè)大學園藝植物生物學教育部重點實驗室果樹栽培團隊在Plant Physiology 上發(fā)表了題為 “ABF4 and ABR1 synergistically regulate amylase-mediated starch catabolism for drought tolerance” 的研究論文，報道了柑橘資源通過ABF4-ABR1轉錄調控模塊促進干旱環(huán)境下β-淀粉酶（BMA3）介導的淀粉降解、提高可溶性糖含量增強抗旱性的分子調控新通路。

 

　　柑橘是目前世界第一大產(chǎn)業(yè)果樹，也是世界第三大貿易類農(nóng)產(chǎn)品，其種植面積、產(chǎn)量以及進出口量均居各類水果之首。我國大部分柑橘產(chǎn)區(qū)處于南方丘陵地區(qū)，立地條件差、灌溉條件有限，并且伴隨著近年來全球氣溫升高和南方季節(jié)性缺水頻發(fā)，干旱成為制約柑橘產(chǎn)量和品質的重要逆境因子之一。因此，發(fā)掘干旱脅迫應答功能基因和解析其分子調控通路對改良柑橘抗旱性有重要指導意義。

 

　　可溶性糖作為一種重要的滲透保護劑，在植物逆境環(huán)境適應性中發(fā)揮重要作用，BAM介導的淀粉降解是快速提升植物體內可溶性糖含量的重要路徑，但是關于BAM介導的淀粉降解是否響應干旱環(huán)境及其分子調控機制目前仍不清楚。本研究發(fā)現(xiàn)，脫水條件下枳體內的淀粉含量降低、可溶性糖含量顯著升高，這一過程與BAM3基因的表達上調和淀粉酶活性上升緊密關聯(lián)。隨后通過轉基因方法獲得BAM3過表達和VIGS干涉材料，干旱處理結果表明BAM3通過促進淀粉降解和增加可溶性糖含量提高植物抗旱能力。進一步通過啟動子轉錄活性和轉錄調控機制分析表明，BAM3表達受干旱環(huán)境的明顯誘導，這一過程依賴于ABA信號通路的轉錄因子ABF4和ABR1。Y1H、EMSA、ChIP-PCR、LUC等實驗證明，ABF4和ABR1能分別特異性結合BAM3啟動子區(qū)域的ABRE和GCC-box元件并激活BAM3基因表達。有趣的是，ABF4同時能結合ABR1啟動子上的ABRE元件激活ABR1的表達，還能與ABR1在蛋白水平上互作，形成轉錄級聯(lián)放大信號和轉錄蛋白復合體ABF4-ABR1，協(xié)同促進干旱環(huán)境下BAM3介導的淀粉降解，有效增強植物抗旱性。綜上所述，本研究揭示了ABF4-ABR1-BAM3模塊在柑橘干旱脅迫應答中的功能和分子調控機制，不僅為培育抗旱柑橘新種質提供重要功能基因，也為柑橘水分利用與糖分代謝積累調控提供重要參考。

 

　　華中農(nóng)業(yè)大學園藝林學學院劉繼紅教授和李春龍教授為該論文的共同通訊作者，博士研究生張豫為該文第一作者。該研究得到國家重點研發(fā)項目（2018YFD100030）和國家自然科學基金（31772273）的資助。

 

　　英文摘要：

 

　　β-amylase （BAM）-mediated starch degradation is a main source of soluble sugars that help plants adapt to environmental stresses. Here, we demonstrate that dehydration-induced expression of PtrBAM3 in trifoliate orange （Poncirus trifoliata （L.） Raf.） functions positively in drought tolerance via modulation of starch catabolism. Two transcription factors, PtrABF4 （Poncirus trifoliata ABA-responsive element binding factor 4） and PtrABR1 （Poncirus trifoliata ABA repressor 1）， were identified as upstream transcriptional activators of PtrBAM3 through yeast one-hybrid library screening and protein-DNA interaction assays. Both PtrABF4 and PtrABR1 played a positive role in plant drought tolerance by modulating soluble sugar accumulation derived from BAM3-mediated starch decomposition. In addition, PtrABF4 could directly regulate PtrABR1 expression by binding to its promoter, leading to a regulatory cascade to reinforce the activation of PtrBAM3. Moreover, PtrABF4 physically interacted with PtrABR1 to form a protein complex that further promoted the transcriptional regulation of PtrBAM3. Taken together, our finding reveal that a transcriptional cascade composed of ABF4 and ABR1 works synergistically to up-regulate BAM3 expression and starch catabolism in response to drought condition. The results shed light on the understanding of the regulatory molecular mechanisms underlying BAM-mediated soluble sugar accumulation for rendering drought tolerance in plants.

 

　　論文鏈接：

 

　　https://academic.oup.com/plphys/advancearticle/doi/10.1093/plphys/kiac428/6697893?searchresult=1