近日，華中農業大學園藝植物生物學教育部重點實驗室、園藝林學學院程運江教授課題組關于柑橘果實采后水分代謝調控機制的最新研究成果以“CsMYB96 confers resistance to water loss resistance in citrus fruit by simultaneous regulation of water transport and wax biosynthesis”為題在Journal of Experimental Botany發表。
作為細胞內重要溶劑，水分在植物生長發育及采后諸多過程中行使著重要功能。課題組前期通過大規模轉錄組和代謝組學綜合分析發現，采后失水可能是引起柑橘果實品質下降及衰老的關鍵因素。在此基礎之上，課題組以調控細胞水分轉運的水通道蛋白AQPs為切入點，詳細解析了柑橘果實采后水分代謝調控機制。
該研究發現，多數質膜內在水通道蛋白CsPIPs在柑橘果實采后失水過程中持續下調表達，其中CsPIP2;4在柑橘果皮表達豐度較高并且具有較好的水分轉運活性。瞬時表達CsPIP2;4的金柑果實失水率在5小時后明顯高于對照組金柑果實，表明CsPIP2;4的表達降低有助于延緩果實采后失水。
CsPIP2;4對柑橘果實采后失水的負調控作用
進一步生物信息學分析發現，包括CsMYB96在內的多個轉錄因子可能參與調控CsPIPs，并且CsMYB96的表達與多數CsPIPs表達顯著負相關。體外和體內實驗表明，CsMYB96 直接結合CsPIP1;1 和CsPIP2;4上游啟動子序列中MYB 結合元件，并抑制基因表達。為進一步解析CsMYB96在柑橘采后失水過程中的生物學功能，本研究分別在擬南芥和金柑果實中超表達CsMYB96發現，超表達CsMYB96能夠抑制金柑果實和擬南芥葉片中PIP2;4同源基因的表達，顯著延緩金柑果實失水并提高擬南芥抗旱能力。
CsMYB96 對果實及擬南芥水分代謝的調控作用
前人研究表明擬南芥中MYB96可以正調控蠟質合成代謝途徑若干基因，從而直接影響葉片蠟質合成過程。因此本研究檢測了瞬時超表達CsMYB96金柑果實及穩定轉化擬南芥蠟質成分，發現超表達CsMYB96顯著增加了金柑果皮及擬南芥蠟質總量。進一步的體內和體外實驗表明，CsMYB96能直接結合蠟質合成相關基因啟動子，并且激活基因表達。
研究結果表明，CsMYB96通過同時調控參與水分運輸和表皮蠟質生物合成的相關基因，影響柑橘果實采后失水。本研究結果為深入解析柑橘果實采后失水的調控機制提供了新的思路，并對控制采后失水和保持果實品質具有重要意義。
我校已畢業博士研究生張鳴飛為論文第一作者，程運江教授及朱峰博士為論文共同通訊作者。成都大學王金秋副教授、華中農業大學已畢業碩士研究生劉瑞蓮、華中農業大學博士研究生劉海、楊宏賓和朱智峰等人參與本研究工作。本研究得到國家重點研發計劃，國家自然科學基金及國家現代農業產業技術體系資助等項目的資助。
【英文摘要】
A citrus R2R3 MYB transcription factor （CsMYB96） was found to alleviate water loss by simultaneously regulating plasma membrane intrinsic proteins （CsPIPs） and wax-related genes. expression profiling indicated that CsPIP1;1 and CsPIP2;4 are representative aquaporins with high expression, and are down-regulated in the peel of postharvest citrus fruit. CsPIP2;4 was further characterized as the predominant CsPIP with high expression and high-water channel activity. Besides, transient overexpression of CsPIP2;4 accelerated the water loss of citrus fruit. The in silico analysis further revealed that the expression of CsMYB96 had a significant negative correlation with that of CsPIPs. In vivo and in vitro experiments confirmed that CsMYB96 can directly repress the expression of CsPIPs. Furthermore, CsMYB96 can activate the wax-related genes and promote wax biosynthesis for defense against water loss. The transient and stable overexpression of CsMYB96 reduced the water loss of citrus fruit and Arabidopsis.
論文鏈接：https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erab420/6380295?login=true
日期：2021-10-11
作為細胞內重要溶劑，水分在植物生長發育及采后諸多過程中行使著重要功能。課題組前期通過大規模轉錄組和代謝組學綜合分析發現，采后失水可能是引起柑橘果實品質下降及衰老的關鍵因素。在此基礎之上，課題組以調控細胞水分轉運的水通道蛋白AQPs為切入點，詳細解析了柑橘果實采后水分代謝調控機制。
該研究發現，多數質膜內在水通道蛋白CsPIPs在柑橘果實采后失水過程中持續下調表達，其中CsPIP2;4在柑橘果皮表達豐度較高并且具有較好的水分轉運活性。瞬時表達CsPIP2;4的金柑果實失水率在5小時后明顯高于對照組金柑果實，表明CsPIP2;4的表達降低有助于延緩果實采后失水。
CsPIP2;4對柑橘果實采后失水的負調控作用
進一步生物信息學分析發現，包括CsMYB96在內的多個轉錄因子可能參與調控CsPIPs，并且CsMYB96的表達與多數CsPIPs表達顯著負相關。體外和體內實驗表明，CsMYB96 直接結合CsPIP1;1 和CsPIP2;4上游啟動子序列中MYB 結合元件，并抑制基因表達。為進一步解析CsMYB96在柑橘采后失水過程中的生物學功能，本研究分別在擬南芥和金柑果實中超表達CsMYB96發現，超表達CsMYB96能夠抑制金柑果實和擬南芥葉片中PIP2;4同源基因的表達，顯著延緩金柑果實失水并提高擬南芥抗旱能力。
CsMYB96 對果實及擬南芥水分代謝的調控作用
前人研究表明擬南芥中MYB96可以正調控蠟質合成代謝途徑若干基因，從而直接影響葉片蠟質合成過程。因此本研究檢測了瞬時超表達CsMYB96金柑果實及穩定轉化擬南芥蠟質成分，發現超表達CsMYB96顯著增加了金柑果皮及擬南芥蠟質總量。進一步的體內和體外實驗表明，CsMYB96能直接結合蠟質合成相關基因啟動子，并且激活基因表達。
研究結果表明，CsMYB96通過同時調控參與水分運輸和表皮蠟質生物合成的相關基因，影響柑橘果實采后失水。本研究結果為深入解析柑橘果實采后失水的調控機制提供了新的思路，并對控制采后失水和保持果實品質具有重要意義。
我校已畢業博士研究生張鳴飛為論文第一作者，程運江教授及朱峰博士為論文共同通訊作者。成都大學王金秋副教授、華中農業大學已畢業碩士研究生劉瑞蓮、華中農業大學博士研究生劉海、楊宏賓和朱智峰等人參與本研究工作。本研究得到國家重點研發計劃，國家自然科學基金及國家現代農業產業技術體系資助等項目的資助。
【英文摘要】
A citrus R2R3 MYB transcription factor （CsMYB96） was found to alleviate water loss by simultaneously regulating plasma membrane intrinsic proteins （CsPIPs） and wax-related genes. expression profiling indicated that CsPIP1;1 and CsPIP2;4 are representative aquaporins with high expression, and are down-regulated in the peel of postharvest citrus fruit. CsPIP2;4 was further characterized as the predominant CsPIP with high expression and high-water channel activity. Besides, transient overexpression of CsPIP2;4 accelerated the water loss of citrus fruit. The in silico analysis further revealed that the expression of CsMYB96 had a significant negative correlation with that of CsPIPs. In vivo and in vitro experiments confirmed that CsMYB96 can directly repress the expression of CsPIPs. Furthermore, CsMYB96 can activate the wax-related genes and promote wax biosynthesis for defense against water loss. The transient and stable overexpression of CsMYB96 reduced the water loss of citrus fruit and Arabidopsis.
論文鏈接：https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erab420/6380295?login=true
日期：2021-10-11
