近日，西北農林科技大學園藝學院蘋果抗逆與品質改良創(chuàng)新團隊馬鋒旺教授/毛柯副研究員課題組聯合新疆農科院園藝研究所王繼勛研究員課題組在Plant Biotechnology Journal在線發(fā)表了題為“MdNAC104 positively regulates apple cold tolerance via CBF-dependent and CBF-independent pathways”的研究論文，揭示了MdNAC104通過促進CBFs基因表達、抗氧化酶活性和花青苷積累等多個途徑協(xié)同增強蘋果耐寒性的分子機制。

 

　　近年來，我國蘋果種植區(qū)遭遇冬季極端低溫和春季倒春寒天氣愈發(fā)頻繁，低溫成為限制蘋果產業(yè)發(fā)展的主要環(huán)境因子之一。從生理和分子水平探究植物響應低溫脅迫機制，能夠為蘋果耐寒分子設計育種提供理論依據和基因資源，對蘋果產業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。NAC（NAM, ATAF1/2 and CUC2）轉錄因子廣泛參與植物的生長發(fā)育和非生物脅迫響應過程。目前，盡管一些NAC家族成員被鑒定參與植物的低溫脅迫響應，但相關報道主要集中在模式植物中，果樹中的研究很少且不清楚。

 

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　　該研究發(fā)現MdNAC104過表達顯著增強轉基因蘋果植株的耐寒性。通過轉錄調控分析、啟動子結合鑒定等試驗證明MdNAC104能直接結合MdCBF1、MdCBF3啟動子并促進它們的表達，從而增強蘋果植株的耐寒性。另一方面，通過轉錄組及代謝組聯合分析，發(fā)現低溫下MdNAC104過表達植株花青苷合成通路中的多個關鍵基因的表達顯著上調，相關代謝物積累水平也顯著提高。另外，MdNAC104過表達植株中的多個抗氧化酶（SOD，POD）編碼基因的表達也顯著上調。通過啟動子結合、轉錄調控分析等試驗，發(fā)現MdNAC104能結合花青苷合成關鍵基因MdCHS-b、MdCHI-a、MdF3H-a和MdANS-b的啟動子，以及抗氧化酶編碼基因MdFSD2和MdPRXR1.1的啟動子，從而直接激活它們的表達，促進低溫下花青苷的積累和抗氧化酶活性的提高，增強轉基因植株耐寒性。

 

　　綜上，該研究明確了MdNAC104正調控蘋果植株耐寒性的生物學功能，并解析了MdNAC104響應低溫過程中促進CBFs基因、花青苷合成基因及抗氧化酶編碼基因的表達，從而通過CBF依賴及不依賴的多個途徑協(xié)同增強蘋果植株耐寒性的分子機理。

 

　　西北農林科技大學旱區(qū)作物逆境生物學國家重點實驗室/園藝學院馬鋒旺教授、毛柯副研究員和新疆農科院園藝研究所王繼勛研究員為本文的通訊作者，博士研究生梅闖和楊潔為共同第一作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和國家蘋果產業(yè)技術體系專項資金的資助。研究還得到了園藝學院園藝科學研究中心在實驗技術上的支持。

 

　　文章鏈接：http://doi.org/10.1111/pbi.14112