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柱状果树2020年-Co基因编码与植物激素代谢

柱状果树2020年-Co基因编码与植物激素代谢

时间:2022-04-10 来源:网络整理 作者:水果网
导读:有研究表明,这种柱型树型的表型涉及到显性Co区域,并且通过逆转录子插入在茎分生组织和叶原基的该区域发现了MdDOX-Co基因的异位表达(野生型中在根系特异性表达)【2】。gene的研究论文,发现MdDOX-Co可能与具有生物活性的赤霉素(GA)缺乏有关,并且外施GA可以改变柱状苹果树的表型【3】。在前期研究基础上,进一步揭示了MdDOX-Co通过GA代谢影响柱状苹果树型的机制。

树型是影响果树产量的关键因素,因为枝条多、枝条密集的树型不仅会严重抑制树冠的透光率和光合作用,而且管理起来很不方便。有趣的是,有一种柱状苹果树与传统果树不同,它具有紧凑的圆柱形形状,树枝向上而不是横向延伸[1]。这种树型对果树农业生产非常重要,但这种树型形成的机制尚不清楚。研究表明,这种柱状树型的表型涉及一个显性Co区域,并且通过逆转录插入(野生型)在茎分生组织和叶原基的该区域发现了MdDOX-Co基因的异位表达。根中的特定表达)[2]。 MdDOX-Co基因编码2-酮戊二酸依赖性双加氧酶(DOX,2ODD),该基因在拟南芥、烟草和苹果中的过表达可导致相似的性状[1]。

柱状果树

2020 年 3 月,日本国家农业食品研究机构 Kazuma Okada 及其合作者在 Tree Physiology 发表题为 Columnar growth phenotype in apple results from giberellin lack by ectopic expression of a dioxygenase Gene 研究论文发现 MdDOX-Co 可能与由于缺乏生物活性赤霉素(GA),GA的外用可以改变柱状苹果树的表型[3]。但目前尚不清楚该基因编码的产物是否与植物激素代谢直接相关。

近期,合作团队在 The Plant Journal 上发表了另一篇论文,题为《导致柱状树形的苹果基因降低了具有生物活性的赤霉素的丰度》。在前人研究的基础上柱状苹果品种,进一步揭示了MdDOX-Co通过GA代谢影响柱状苹果树形的机制。

首先柱状苹果品种,本研究发现,与野生型相比,过表达 MdDOX-Co 的拟南芥品系 (MdDOX-Co OE) 中的 GA20ox2 (GA 20-oxidase 2) 和 GA3ox1 (GA 3-oxidase) 1)增加,而GA 2-氧化酶(赤霉素分解代谢基因)的表达水平降低,这意味着MdDOX-Co OE系中具有生物活性的GA含量降低。

植物中赤霉素的种类和代谢过程很复杂。通过体外生化试验,研究发现MdDOX-Co基因产物可以将活性赤霉素A4(GA4)转化为GA58(12-OH-GA4),其前体物种GA12和GA9可以分别转化为 GA111 (12-OH-GA12) 和 GA70 (12-OH-GA9), 这表明 MdDOX-Co 具有 12α-羟化酶活性。此外, 在三个 12- OH-GAs,只有GA 58 仍然具有生理活性,而在MdDOX-Co OE 系中未检测到内源性GA 58,表明GA 58 缺失是参与该过程的关键激素。

进一步通过氘标记实验,本研究发现MdDOX-Co过表达将外源GA12代谢为GA111,而不是GA58或GA70,但可以将GA9转化为GA58。然而,虽然 GA 12 被有效代谢为 GA9,但 GA111 在体外被 GA 20 氧化酶转化为 GA 70。这表明MdDOX-Co的12-α羟化酶活性导致GA的12-氧化减少了GA20氧化酶催化的C20氧化过程,这是降低活性GA含量的关键。

GA 12-氧化通过 GA 20-氧化酶影响 GA 代谢

综上所述,本研究表明 MdDOX-Co 发生 GA12 的 12α-羟基化,抑制 GA9 和生物活性 GA 的合成,从而导致柱状表型。本研究揭示了MdDOX-Co通过影响活性GA转化率影响树型的机制,对未来果树生产具有重要意义。

参考文献

【1】Okada, K., Wada, M., Moriya, S., Katayose, Y., Fujisawa, H., Wu, J., Kanamori, H., Kurita, K., Sasaki, H. , Fujii, H., Terakami, S., Iwanami, H., Yamamoto, T. 和 Abe, K. (2016)。与插入突变相邻的假定双加氧酶基因的表达涉及短节间柱状苹果 (Malus × domestica). J Plant Res 129: 1109-1126.【2】Wada, M., Iwanami, H., Moriya, S., Hanada, T., Tanaka, Y., Honda, C.、Shimizu, T.、Abe, K. 和 Okada, K. (2018)。正常苹果中的根定位基因在柱状苹果的地上部分异位表达。植物生长规则 85: 389-398.【3】Okada, K., Wada, M., Takebayashi, Y., Kojima, M., Sakakibara, H., Nakayasu, M., Mizutani, M., Nakajima, M. , Moriya, S., Shimizu, T. 和 Abe, K. (2020). 苹果的柱状生长表型是由双加氧酶基因的异位表达导致赤霉素缺乏引起的。Tree Physiol 40: 1205-1216.

原文链接:

doi.org/10.1093/treephys/tpaa049

onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/tpj.15084

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