PlantView系列植物活體成像在馬鈴薯發(fā)芽機(jī)制新進(jìn)展研究中的應(yīng)用

近日，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)干旱生境作物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張寧教授團(tuán)隊(duì)在植物科學(xué)權(quán)威期刊《Frontiers in Plant Science》 （Q2，影響因子6.627）發(fā)表了題為 “StTCP15 regulates potato tuber sprouting by modulating the dynamic balance between abscisic acid and gibberellic acid” 的研究論文。該研究揭示了馬鈴薯塊莖的發(fā)芽機(jī)制。
 

△ 圖1 植物科學(xué)權(quán)威期刊《Frontiers in Plant Science》
 

馬鈴薯生命周期的主要階段是從塊莖休眠到發(fā)芽，然而，控制這些過程的機(jī)制仍然知之甚少。TCP（Theosinte branch I，Cycloidea，proliferationcell factors 1 and 2）轉(zhuǎn)錄因子在植物生長、休眠的相關(guān)發(fā)育過程中起著關(guān)鍵作用。先前有研究表明，TCP轉(zhuǎn)錄因子StTCP15有促進(jìn)發(fā)芽的作用。

為了闡明StTCP15基因的功能，從馬鈴薯品種“Desiree”中克隆了該基因，該基因編碼由414個氨基酸組成的多肽，主要存在于細(xì)胞核中。StTCP15過表達(dá)系的馬鈴薯塊莖提前發(fā)芽，而下調(diào)StTCP15表達(dá)系的薯塊莖表現(xiàn)出延遲發(fā)芽。此外還發(fā)現(xiàn)StTCP15的過表達(dá)系極顯著降低了脫落酸（ABA）/赤霉素（GA3）的比率，在下調(diào)StTCP15的表達(dá)系中發(fā)現(xiàn)了相反的結(jié)果。

研究人員通過酵母雙雜交篩選了三種相互作用蛋白StSnRK1、StF-Box和StGID1，并通過酵母雙雜交和熒光素酶互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，表明StTCP15可以影響ABA和GA3信號通路來調(diào)節(jié)馬鈴薯塊莖的休眠和發(fā)芽。
 

△ 圖2 StTCP15在馬鈴薯塊莖休眠和發(fā)芽過程中的假定途徑模型
 

△ 圖3 熒光素酶互補(bǔ)分析
 

熒光素酶互補(bǔ)分析表明，StTCP15可以分別與煙草葉細(xì)胞中的StSnRK1、StF-box和StGID1相互作用。在相應(yīng)的陰性對照中未檢測到LUC信號。實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)由PlantView系列植物活體成像系統(tǒng)獲得。
 

總的來說，這些結(jié)果表明，StTCP15通過影響ABA和GA3之間的動態(tài)平衡來調(diào)節(jié)馬鈴薯塊莖的休眠和發(fā)芽。

據(jù)悉，干旱生境作物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室立足西北地區(qū)干旱缺水嚴(yán)重，但光資源豐富，且部分逆境有利于作物優(yōu)良品質(zhì)形成的自然資源基礎(chǔ)。面對區(qū)域糧食安全、品質(zhì)農(nóng)業(yè)和生態(tài)安全需求，實(shí)驗(yàn)室以小麥、玉米、馬鈴薯、油菜等作物為主要研究對象，開展作物抗逆增產(chǎn)和品質(zhì)調(diào)優(yōu)基因發(fā)掘以及抗旱優(yōu)質(zhì)種質(zhì)創(chuàng)新與品種培育，為我國西北乃至全國干旱地區(qū)作物抗逆、優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)提供科技支撐。

論文鏈接
https://doi: 10.3389/fpls.2022.1009552