鄭州果樹研究所方金豹團隊在獼猴桃抗寒性研究中取得新進展

低溫是重要的非生物脅迫之一,近年來頻繁出現的極端低溫天氣嚴重影響了獼猴桃的生長發育和產量。近日,鄭州果樹研究所獼猴桃資源與育種團隊在獼猴桃抗寒研究中取得新進展,明確了獼猴桃AaBAM3.1基因與AaCBF4互作調控獼猴桃抗寒性的分子機制,并在Horticulture Research在線發表了題為“The AaCBF4-AaBAM3.1 module enhances freezing tolerance in kiwifruit (Actinidia arguta)”的文章。

該研究利用在抗寒雜交F1代的BSR-Seq測序中發現在不同抗寒性獼猴桃中差異表達的β-淀粉酶基因(BAM)進行BAM的抗寒功能以及機制研究。BAM被認為是將淀粉降解為可溶性糖的關鍵酶,在低溫脅迫下對可溶性糖的積累中起著關鍵作用。本研究中抗寒性強的獼猴桃品種中枝條可溶性糖含量較高,通過定量分析表明軟棗獼猴桃AaBAM3.1基因能夠響應低溫且在抗寒性強的品種中表達量高,進一步分析顯示其在休眠期的表達量高于生長期,在葉片中的表達量高于根、莖。AaBAM3.1定位在葉綠體中,表明其可催化葉綠體中淀粉降解以及可溶性糖累積。成功將AaBAM3.1基因進行獼猴桃轉基因,轉基因植株在低溫下的可溶性糖含量顯著提高,PRO、MDA、CAT、SOD含量在轉基因植株中明顯升高,且轉基因植株的相對電導率降低即抗寒性提高,在擬南芥轉基因也得到相似的結果,證明了AaBAM3.1在獼猴桃中的抗寒功能。通過AaBAM3.1啟動子元件分析發現啟動子中包含CBF結合元件、JA結合元件以及ABA結合元件等,并進行了啟動子轉基因擬南芥的轉錄活性分析,篩選出CBF1.1、CBF2.1、CBF2.2和CBF4,通過采用酵母單雜交篩選AaBAM3.1基因與AaCBF4互作,并進一步進行雙熒光素酶驗證試驗驗證。研究結果為獼猴桃抗寒分子機制研究以及抗寒分子育種提供基礎。

該文章的第一作者為鄭州果樹研究所博士研究生孫世航,通訊作者為中國農業科學研究院鄭州果樹研究所方金豹研究員和林苗苗副研究員。該研究得到了國家自然科學基金(31801820)、國家重點研發項目(2019YFD1000800)、中國農科院創新工程(CAAS-ASTIP-2015-ZFRI)、河南省大宗水果產業技術體系(S2014-11)的資助。

原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41438-021-00530-1

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