文獻解讀：山梨醇通過赤霉素信號介導蘋果植株生長策略年齡依賴性變化
近日，西北農(nóng)林科技大學園藝學院李超團隊在闡明蘋果植株生長時山梨醇所介導的分子機制方面取得了新進展。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。蛋白表達分析表明，MdSPL1和MdWRKY24通過抑制MdSDH1表達促進山梨醇的積累，而山梨醇反過來也會通過MdSPL1和MdWRKY24抑制MdGASA1表達。
總而言之，這項研究提供了詳細的表型和生理學證據(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MdSPL1-MdWRKY24表達，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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