文獻(xiàn)解讀：山梨醇通過赤霉素信號介導(dǎo)蘋果植株生長策略年齡依賴性變化
近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院李超團隊在闡明蘋果植株生長時山梨醇所介導(dǎo)的分子機制方面取得了新進(jìn)展。相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Horticulture Research》（IF=7.6、一區(qū)期刊）上。
許多多年生木本植物在開花期之前會經(jīng)歷漫長的幼年期，從幼年到成年期的過渡，稱為營養(yǎng)期變化，這一過程受到各種內(nèi)源因素的調(diào)節(jié)，如植物年齡、糖分和植物激素。然而，在這個過渡期間，關(guān)于年齡變化的調(diào)節(jié)機制仍不清楚。
對此，研究團隊先對蘋果樹營養(yǎng)期變化中形態(tài)和葉片的生理變化進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn)，該時期植株從快速生長轉(zhuǎn)向緩慢增長，同時該時期的光合作用也相應(yīng)降低。此外，植物激素ABA、IAA和ACC的含量在該時期逐漸增加，表明它們在蘋果從幼年到成年期的過渡中發(fā)揮了重要作用。相反，赤霉素GA3含量逐漸降低。研究團隊進(jìn)一步測量了植株內(nèi)的糖分和氨基酸，發(fā)現(xiàn)蔗糖和山梨醇的含量逐漸增加，這提示它們在這一過程中的積極作用。同時，通過RNA序列分析，研究團隊確定了從幼年到成年期轉(zhuǎn)變中起關(guān)鍵作用的酶——山梨醇脫氫酶MdSDH1，一種山梨醇分解代謝的關(guān)鍵酶。因此研究團隊假設(shè)MdSDH1可能是控制蘋果從快速增長轉(zhuǎn)變到緩慢增長的主調(diào)節(jié)器。此外，施用外源性山梨醇顯著降低了植株的高度和節(jié)間長度，表明山梨醇的積累顯著抑制了蘋果植物的生長。研究團隊還發(fā)現(xiàn)，沉默MdSDH1會抑制蘋果植物的生長。在沉默MdSDH1的植株中，GA3的含量顯著低于未沉默的對照組，說明MdSDH1沉默降低了GA3含量，從而抑制了蘋果的生長。
之后，研究團隊通過RNA序列識別，發(fā)現(xiàn)MdSDH1的轉(zhuǎn)錄抑制劑MdSPL1和MdWRKY24。蛋白表達(dá)分析表明，MdSPL1和MdWRKY24通過抑制MdSDH1表達(dá)促進(jìn)山梨醇的積累，而山梨醇反過來也會通過MdSPL1和MdWRKY24抑制MdGASA1表達(dá)。
總而言之，這項研究提供了詳細(xì)的表型和生理學(xué)證據(jù)，證明山梨醇在營養(yǎng)期變化期間通過MdSPL1-MdWRKY24模塊調(diào)節(jié)蘋果的生長策略，并證明了蘋果植株在幼年至成年營養(yǎng)期，MdSPL1-MdWRKY24模塊通過抑制MdSDH1轉(zhuǎn)錄來促進(jìn)山梨醇積累，從而減少碳源供應(yīng)并增加山梨醇信號。同時，增加的山梨醇信號通過反饋環(huán)促進(jìn)MdSPL1-MdWRKY24表達(dá)，從而抑制MdGASA1轉(zhuǎn)錄并降低成年期蘋果植株的生長。
文章中為了研究抑制劑MdSPL1和MdWRKY24與山梨醇脫氫酶MdSDH1之間的相互作用，研究團隊使用博鷺騰PlantView植物活體成像系統(tǒng)進(jìn)行了熒光素酶互補實驗。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1093/hr/uhae192
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