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    《Plant Physiology》刊發(fā)安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)汪松虎和劉永勝團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)獼猴桃多倍體育種新機(jī)制

    放大字體  縮小字體 時間:2025-02-05 13:35 來源:安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 原文:
    核心提示:近日,安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院汪松虎教授和劉永勝教授團(tuán)隊合作在國際著名的植物學(xué)期刊Plant Physiology上發(fā)表了題為“Chromosome doubling increases PECTIN METHYLESTERASE 2 expression, biomass, and osmotic stress tolerance in kiwifruit ”的研究論文,揭示了獼猴桃染色體加倍導(dǎo)致生物量增加且抗逆性增強(qiáng)的分子機(jī)制。
      本網(wǎng)訊 多倍體育種是作物育種過程中常用的方法之一,染色體加倍后通常表現(xiàn)出生物量增加(產(chǎn)量提高)且抗逆性增強(qiáng)的表型,但其背后的分子機(jī)制目前還不太清楚。近日,安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院汪松虎教授和劉永勝教授團(tuán)隊合作在國際著名的植物學(xué)期刊Plant Physiology上發(fā)表了題為“Chromosome doubling increases PECTIN METHYLESTERASE 2 expression, biomass, and osmotic stress tolerance in kiwifruit ”的研究論文,揭示了獼猴桃染色體加倍導(dǎo)致生物量增加且抗逆性增強(qiáng)的分子機(jī)制。
     
      團(tuán)隊前期利用秋水仙素處理將二倍體中華獼猴桃‘紅陽(Hongyong, HY)’培育成四倍體,四倍體HY表型出葉片增大,生物量增加的表型,本研究發(fā)現(xiàn)四倍體HY還表現(xiàn)出對滲透脅迫的抗性增強(qiáng)。轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn)獼猴桃果膠去甲酯酶基因AcPME2在四倍體中表達(dá)量顯著提高,我們通過在擬南芥、番茄和獼猴桃中過量表達(dá)AcPME2,證實該基因的過表達(dá)不僅可以提高植株的生物量(其中轉(zhuǎn)基因番茄的果實也增大),而且增強(qiáng)其對滲透脅迫的抗性。對擬南芥和獼猴桃的深入研究發(fā)現(xiàn),在正常情況下,AcPME2基因過表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞壁果膠的甲酯化水平降低,誘導(dǎo)細(xì)胞壁松弛(Cell wall loosening)和軟化,從而增加單個細(xì)胞的尺寸(Cell size),進(jìn)而導(dǎo)致植株生物量的增加(圖2);在滲透脅迫的條件下,AcPME2的去甲酯化活性進(jìn)一步增強(qiáng),過表達(dá)植株細(xì)胞壁果膠的甲酯化水平進(jìn)一步降低,但由于滲透脅迫條件下鈣離子(Ca2+)在細(xì)胞壁中積累,去甲酯的果膠可以與Ca2+結(jié)合形成聚合體,增加細(xì)胞壁的硬度。細(xì)胞壁硬度的增加表現(xiàn)為根部細(xì)胞質(zhì)壁分離(plasmolysis)的加快,并減少滲透脅迫導(dǎo)致的細(xì)胞壁塌陷(Cell wall collapse)。AcPME2過表達(dá)植株根部細(xì)胞的細(xì)胞壁硬度增加,導(dǎo)致細(xì)胞壁不能隨著原生質(zhì)體在滲透脅迫條件下發(fā)生機(jī)械形變(內(nèi)陷),從而增加細(xì)胞壁與原生質(zhì)體之間的機(jī)械拉力,加速質(zhì)壁分離的發(fā)生,且這種增強(qiáng)的機(jī)械拉力能更快地被根部細(xì)胞感知,從而誘導(dǎo)脅迫應(yīng)答基因更快更高地表達(dá)。增強(qiáng)的細(xì)胞壁硬度即可以減少滲透脅迫對植株細(xì)胞的物理性傷害,同時又能誘導(dǎo)更早的脅迫應(yīng)答基因的表達(dá),從而提高了植株對滲透脅迫的抗性。
     
      本研究發(fā)現(xiàn)AcPME2介導(dǎo)的果膠去甲酯化可以動態(tài)調(diào)控細(xì)胞壁的硬度,即在正常生長條件下降低細(xì)胞壁的硬度,促進(jìn)細(xì)胞擴(kuò)張從而導(dǎo)致生物量增加;但在滲透脅迫條件下,與Ca2+結(jié)合增加細(xì)胞壁的硬度,提高植株對脅迫的抗性(圖2)。這種動態(tài)調(diào)控細(xì)胞壁硬度的機(jī)制可以為同時提高作物產(chǎn)量和抗逆性的遺傳改良提供新的思路,AcPME2基因在作物育種過程中具有巨大的應(yīng)用潛力。
     
      安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院博士后朱妍妍博士為論文的第一作者,劉永勝教授和汪松虎教授為論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金區(qū)域聯(lián)合基金項目(U23A20204)和面上項目(32472703)等經(jīng)費(fèi)資助。
     
      論文鏈接:
     
      https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiae475/7754102
    日期:2025-02-05
     
     地區(qū): 安徽 中國
     行業(yè): 果蔬 包裝材料
     標(biāo)簽: 生物 PE 獼猴桃
     科普: 生物 PE 獼猴桃
     
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