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植物学团队邓伟教授在Plant Cell发表激素调控番茄维生素C合成新机制
发布日期:2022-08-28    作者:

抗坏血酸(L-ascorbic acid, AsA)又称维生素C,是一种重要的多功能植物营养素,对人类饮食健康、植物发育和抗逆性起到关键作用。然而,番茄植株常常因为干旱等非生物胁迫造成果实产量降低,对番茄产业造成极大的经济损失。因此,研究番茄AsA的生物合成的新调控因子,探究番茄AsA生物合成调控的新机制,可为提高茄科作物的营养储存和抗逆性提供新靶点。研究成果将具有重大的应用价值和广阔的市场前景。

近日,3344体育在线登录邓伟教授课题组在国际植物学顶级学术期刊Plant CellIF=12.085)上发表了题为Auxin and abscisic acid antagonistically regulate ascorbic acid production via the SlMAPK8–SlARF4–SlMYB11 module in tomato的研究文章。该文章表明番茄果实中抗坏血酸的积累由生长素和脱落素通过有丝分裂原激活蛋白激酶、生长素响应因子和MYB转录因子拮抗调节。这些发现拓展了我们对番茄AsA生物合成调控机制的认识,并为提高园艺作物AsA积累和非生物抗逆性提供了一个潜在的靶点。


在本研究中,番茄果实发育过程中AsA积累量与IAA浓度呈负相关,这表明生长素抑制番茄AsA的积累。IAA处理番茄果实和叶片的结果也支持这一发现。SlARF4是生长素应答靶基因的转录抑制因子,研究表明SlARF4负向调节番茄果皮和叶片中AsA的积累。通过EMSAChip-qPCR, DLR 实验证明SlARF4直接靶向SlMYB11调控番茄AsA生物合成。并通过VIGS方法在SlARF4转基因和突变体植株中沉默SlMYB11,结果表明SlARF4调控AsA生物合成至少部分依赖于SlMYB11。进一步研究发现,SlMYB11在番茄中通过转录激活GPPGLDHDHAR的表达正向影响AsA的生物合成。IAA处理可抑制SlMYB11AsA生物合成的影响,而SlARF4AsA生物合成的抑制至少部分依赖于SlMYB11。这些数据表明,生长素依赖SlARF4- SlMYB11- GPP/GLDH/DHAR转录级联调节AsA的生物合成,增加了我们对植物激素调控番茄AsA生物合成机制的认识。

此外,在番茄的叶片和果皮中,ABA处理或干旱胁迫诱导了SlMAPK8的表达。本研究证明了SlMAPK8能磷酸化SlARF4并抑制其转录抑制活性。SlMAPK8能磷酸化SlMYB11并激活其转录激活活性。SlMAPK8能够参与ABA诱导番茄叶片和果皮AsA的合成。这些实验结果揭示了一个额外的调控途径,ABA诱导AsA的产生是由SlMAPK8介导的。最后,本研究证明了生长素和ABA拮抗调控番茄叶片和果皮中AsA的产生。IAA诱导的AsA生物合成抑制是通过调控SlARF4- SlMYB11-GPP/GLDH/DHAR级联介导的。然而,ABA通过SlMAPK8磷酸化SlARF4SlMYB11来激活AsA的产生。这些结果表明,SlMAPK8- SlARF4-SlMYB11模块在番茄AsA生物合成过程中是介导生长素和ABA之间的一个重要的整合枢纽。



综上所述,在番茄植株发育和干旱胁迫过程中,生长素和ABA拮抗调控AsA积累是由SlMAPK8- SlARF4-SlMYB11模块介导的。这些发现拓展了我们对番茄AsA生物合成调控机制的认识,并为提高园艺作物AsA积累和非生物抗逆性提供了一个潜在的靶点。系列相关成果发表在Plant Biotechnology Journal, Plant Physiology期刊上。

3344体育在线登录博士研究生许欣为第一作者,3344体育在线登录邓伟教授为通讯作者,重庆大学李正国教授,浙江大学罗自生教授对本成果亦有贡献。该项目得到国家自然科学基金、重庆市技术创新与应用发展项目、四川省天府学者项目和中央高校研究生科研创新项目的资助。


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