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我校在鮮切花采後衰老分子機制研究中取得新進展

核心提示: 近日,我校園藝林學學院園藝植物生物學教育部重點實驗室張帆教授團隊揭示了乙烯調控康乃馨鮮切花采後衰老的分子機制,為培育貨架期和瓶插期延長的康乃馨新品種奠定了關鍵的理論基礎,同時對於其他重要觀賞花卉和鮮切花的採後保鮮也具有理論和實踐意義。

南湖新聞網訊(通訊員 許韓)近日,我校園藝林學學院園藝植物生物學教育部重點實驗室、國家柑橘保鮮技術研發專業中心和湖北省洪山實驗室張帆教授團隊通過組學和分子生物學實驗發掘並鑑定到一批參與乙烯誘導康乃馨鮮切花采後衰老過程的候選基因,深入解析了部分候選基因的功能並揭示了其介導乙烯誘導康乃馨鮮切花采後衰老過程的分子機理,拓展了人們對乙烯調控康乃馨鮮切花采後衰老機制的理解,為培育貨架期和瓶插期延長的康乃馨新品種奠定了關鍵的理論基礎。該研究以“DcWRKY75 promotes ethylene induced petal senescence in carnation (Dianthus caryophyllus L.)”為題發表在國際學術期刊 The Plant Journal上,張帆教授為本文通訊作者。

花卉作為園藝作物的重要組成部分,在人們日常生活中隨處可見,也在美麗中國建設和鄉村振興中扮演着不可或缺的角色。鮮切花是花卉的重要流通形式,在節日問候、情感表達和家庭園藝等人類活動中起着關鍵作用。由於鮮切花離開母體,水分和養料得不到有效供給,同時病原菌等有害物質滋生,使得鮮切花的貨架期和瓶插期大大縮短。開發有效、快速、便捷且綠色環保的新型保鮮劑和保鮮技術已成為鮮切花產業鏈中亟待解決的瓶頸問題,這就需要針對鮮切花采後花瓣衰老的分子機制開展應用基礎研究。前期研究表明,植物激素特別是乙烯在大多數重要鮮切花的採後花瓣衰老過程中起着關鍵的調控作用,但其具體的分子機制卻並不十分清楚,這極大地限制了人們對乙烯調控鮮切花采後衰老過程的認識。

康乃馨又名香石竹(Dianthus caryophyllus L.),是世界四大鮮切花之一,同時也是一種典型的乙烯敏感性切花,被認為是研究乙烯調控鮮切花采後衰老,特別是花瓣衰老的模式植物。過去幾十年的研究明確了乙烯對康乃馨花瓣的衰老具有重要的調控作用,但其具體的分子調控機制卻並不為人所知。

為了詳細分析乙烯調控康乃馨鮮切花采後花瓣衰老的分子機制,本研究首先構建了乙烯處理不同時間的康乃馨花瓣衰老進程轉錄組並進行了系統分析。研究鑑定發現,WRKY家族轉錄因子DcWRKY75在康乃馨花瓣中能夠快速響應乙烯並顯著上調錶達。通過VIGS技術瞬時沉默DcWRKY75能夠明顯延長康乃馨花瓣的衰老進程並抑制乙烯的生物合成,同時乙烯生物合成關鍵基因以及衰老相關基因的表達量明顯下降(圖1)。分子證據表明,DcWRKY75能夠結合到乙烯生物合成關鍵基因以及衰老相關基因的啓動子上並促進它們的表達。

圖1. 沉默DcWRKY75能夠明顯延長乙烯誘導的康乃馨花瓣衰老過程

圖1. 沉默DcWRKY75能夠明顯延長乙烯誘導的康乃馨花瓣衰老過程

進一步的分子實驗表明,乙烯信號核心轉錄因子DcEIL3-1能夠結合到DcWRKY75的啓動子上並激活它的表達。瞬時沉默DcEIL3-1也能夠明顯延長康乃馨花瓣的衰老進程並抑制乙烯的生物合成,同時DcWRKY75及其靶基因的表達量也明顯下調(圖2)。研究同時發現,DcEIL3-1和DcWRKY75之間存在直接的相互作用,他們能夠形成蛋白複合體來共同調控下游基因的表達。

圖2. 沉默DcEIL3-1能夠明顯延長乙烯誘導的康乃馨花瓣衰老過程

圖2. 沉默DcEIL3-1能夠明顯延長乙烯誘導的康乃馨花瓣衰老過程

該研究表明,DcEIL3-1-DcWRKY75轉錄複合體模塊對於乙烯誘導的康乃馨鮮切花采後花瓣衰老過程起着關鍵的調控作用(圖3)。這為培育貨架期和瓶插期延長的康乃馨新品種奠定了關鍵的理論基礎,同時對於其他重要觀賞花卉和鮮切花的採後保鮮也具有重要的理論和實踐意義。

圖3. DcEIL3-1-DcWRKY75轉錄複合體調控乙烯誘導的康乃馨花瓣衰老的工作模型

圖3. DcEIL3-1-DcWRKY75轉錄複合體調控乙烯誘導的康乃馨花瓣衰老的工作模型

英文摘要:

Carnation (Dianthus caryophyllus L.) is one of the most important and typical ethylene sensitive cut flowers worldwide, but how ethylene influences the petal senescence process in carnation is still largely unknown. Here, we screened out one of the key transcription factors, DcWRKY75, using the constructed ethylene induced petal senescence transcriptome in carnation and found that it shows a quick induction by ethylene treatment. Silencing of DcWRKY75 delays ethylene induced petal senescence in carnation. Molecular evidences confirm that DcWRKY75 can bind to the promoter regions of two main ethylene biosynthetic genes (DcACS1 and DcACO1) and a couple of senescence associated genes (SAGs) (DcSAG12 and DcSAG29) to activate their expression. Further, we shown that DcWRKY75 is a direct target gene of DcEIL3-1, which is a homolog of the ethylene signaling core transcription factor EIN3 in Arabidopsis. DcEIL3-1 can physically interact with DcWRKY75 and silencing of DcEIL3-1 also delays ethylene induced petal senescence in carnation and inhibits the ethylene induced expression of DcWRKY75 and its target genes. Our study provides insight that transcriptional regulation network is vital important for ethylene induced petal senescence process in carnation and maybe in other ethylene sensitive cut flowers.

論文鏈接//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15523

審核人:張帆

責任編輯:蔣朝常 張鈺