近日，園藝學院果樹發(fā)育生物學團隊在《Horticulture Research》在線發(fā)表了題為“Transcriptome analysis reveals the regulatory mechanism by which MdWOX11 suppresses adventitious shoot formation in apple”的研究論文。該論文報道了MdWOX11通過結合并誘導細胞分裂素（CTK）合成基因MdCKX5表達促進離體葉片受傷部位CTK的積累，進而促進不定芽形成。這一發(fā)現(xiàn)可為提高蘋果遺傳轉(zhuǎn)化和無性繁殖效率提供新思路。
不定芽再生是植物快速繁殖的有效途徑，也為植物發(fā)育和遺傳轉(zhuǎn)化的研究提供了有效的實驗體系。蘋果作為我國主要果樹，其在種業(yè)發(fā)展中存在育種效率低、自主知識產(chǎn)權品種占比少和種苗無性繁殖效率低等問題，與歐美等國尚存在一定差距，不定芽再生機制對于蘋果種業(yè)研究具有重要潛在應用價值，主要表現(xiàn)在兩個方面：第一，葉盤法是普遍應用的蘋果遺傳轉(zhuǎn)化方法，提高不定芽再生效率有助于提高蘋果遺傳轉(zhuǎn)化效率；第二，不定芽再生是蘋果種苗的根插等無性繁殖的關鍵環(huán)節(jié)，提高不定芽再生效率對于改進蘋果種苗無性繁殖技術具有潛在應用價值。迄今為止，已在擬南芥等模式植物中對不定芽再生機制進行了解析，但蘋果中對相關機制認識尚十分有限。
本研究發(fā)現(xiàn)蘋果基因型和CTK/IAA比值是影響其葉片形成不定芽的關鍵因素，并篩選到MdWOX11的表達水平與不定芽形成能力呈負相關，蘋果轉(zhuǎn)基因植株中，過表達MdWOX11（MdWOX11-OE）抑制不定芽的再生，干擾MdWOX11（MdWOX11-RNAi）促進不定芽的再生。不定芽誘導培養(yǎng)3-7天后葉片明顯增大，可見少量愈傷組織，愈傷組織在大約 2 周時變大，在 21天時，大部分 GL-3 和 MdWOX11-RNAi 轉(zhuǎn)基因葉片表現(xiàn)出明顯的白色不定芽，但 MdWOX11-OE 葉片在 21 天時沒有形成不定芽（圖1）。干擾植株MdWOX11-RNAi中IAA、CTK和ABA的含量顯著高于過量表達植株MdWOX11-OE，進一步使用轉(zhuǎn)錄組測序揭示MdWOX11-RNAi和MdWOX11-OE轉(zhuǎn)基因蘋果植株在不定芽形成不同階段的基因轉(zhuǎn)錄水平變化，共鑒定到8066個差異表達的基因，包括參與IAA、CTK、ABA和GA激素信號通路的基因，在愈傷組織和不定芽發(fā)生階段，野生型GL-3中與CTK 信號通路和芽發(fā)育相關的基因表達高于MdWOX11-OE 轉(zhuǎn)基因植株，然而，MdCKX5在MdWOX11-OE轉(zhuǎn)基因植株中的表達高于 GL3和MdWOX11-RNAi 轉(zhuǎn)基因植株。酵母單雜交、雙熒光素酶報告基因分析和 ChIP-qPCR試驗分析表明MdWOX11可與MdCKX5的啟動子體內(nèi)外結合，雙熒光素酶報告基因試驗分析表明MdWOX11增強了MdCKX5的啟動子活性，暗示MdCKX5作用于MdWOX11的下游調(diào)控不定芽的形成。
基于以上結果，提出了MdWOX11調(diào)控MdCKX5轉(zhuǎn)錄介導蘋果不定芽發(fā)生工作模型，MdWOX11與MdCKX5的啟動子結合并誘導其表達，MdCKX5促進CTK的降解，葉片CTK水平下降，CTK響應基因的低表達抑制不定芽形成，在MdWOX11-RNAi轉(zhuǎn)基因植株中，MdCTKX5的轉(zhuǎn)錄受到 MdWOX11低表達的抑制，低MdCKX5 水平限制CTK降解，高CTK含量誘導其響應基因的表達，促進不定芽形成。
園藝學院張東教授為該論文通訊作者，博士后毛江萍和碩士生馬豆豆為共同第一作者。該項研究工作獲得國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和學校“雙一流”建設專項等項目的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhac080
日期：2022-05-11
不定芽再生是植物快速繁殖的有效途徑，也為植物發(fā)育和遺傳轉(zhuǎn)化的研究提供了有效的實驗體系。蘋果作為我國主要果樹，其在種業(yè)發(fā)展中存在育種效率低、自主知識產(chǎn)權品種占比少和種苗無性繁殖效率低等問題，與歐美等國尚存在一定差距，不定芽再生機制對于蘋果種業(yè)研究具有重要潛在應用價值，主要表現(xiàn)在兩個方面：第一，葉盤法是普遍應用的蘋果遺傳轉(zhuǎn)化方法，提高不定芽再生效率有助于提高蘋果遺傳轉(zhuǎn)化效率；第二，不定芽再生是蘋果種苗的根插等無性繁殖的關鍵環(huán)節(jié)，提高不定芽再生效率對于改進蘋果種苗無性繁殖技術具有潛在應用價值。迄今為止，已在擬南芥等模式植物中對不定芽再生機制進行了解析，但蘋果中對相關機制認識尚十分有限。
本研究發(fā)現(xiàn)蘋果基因型和CTK/IAA比值是影響其葉片形成不定芽的關鍵因素，并篩選到MdWOX11的表達水平與不定芽形成能力呈負相關，蘋果轉(zhuǎn)基因植株中，過表達MdWOX11（MdWOX11-OE）抑制不定芽的再生，干擾MdWOX11（MdWOX11-RNAi）促進不定芽的再生。不定芽誘導培養(yǎng)3-7天后葉片明顯增大，可見少量愈傷組織，愈傷組織在大約 2 周時變大，在 21天時，大部分 GL-3 和 MdWOX11-RNAi 轉(zhuǎn)基因葉片表現(xiàn)出明顯的白色不定芽，但 MdWOX11-OE 葉片在 21 天時沒有形成不定芽（圖1）。干擾植株MdWOX11-RNAi中IAA、CTK和ABA的含量顯著高于過量表達植株MdWOX11-OE，進一步使用轉(zhuǎn)錄組測序揭示MdWOX11-RNAi和MdWOX11-OE轉(zhuǎn)基因蘋果植株在不定芽形成不同階段的基因轉(zhuǎn)錄水平變化，共鑒定到8066個差異表達的基因，包括參與IAA、CTK、ABA和GA激素信號通路的基因，在愈傷組織和不定芽發(fā)生階段，野生型GL-3中與CTK 信號通路和芽發(fā)育相關的基因表達高于MdWOX11-OE 轉(zhuǎn)基因植株，然而，MdCKX5在MdWOX11-OE轉(zhuǎn)基因植株中的表達高于 GL3和MdWOX11-RNAi 轉(zhuǎn)基因植株。酵母單雜交、雙熒光素酶報告基因分析和 ChIP-qPCR試驗分析表明MdWOX11可與MdCKX5的啟動子體內(nèi)外結合，雙熒光素酶報告基因試驗分析表明MdWOX11增強了MdCKX5的啟動子活性，暗示MdCKX5作用于MdWOX11的下游調(diào)控不定芽的形成。
基于以上結果，提出了MdWOX11調(diào)控MdCKX5轉(zhuǎn)錄介導蘋果不定芽發(fā)生工作模型，MdWOX11與MdCKX5的啟動子結合并誘導其表達，MdCKX5促進CTK的降解，葉片CTK水平下降，CTK響應基因的低表達抑制不定芽形成，在MdWOX11-RNAi轉(zhuǎn)基因植株中，MdCTKX5的轉(zhuǎn)錄受到 MdWOX11低表達的抑制，低MdCKX5 水平限制CTK降解，高CTK含量誘導其響應基因的表達，促進不定芽形成。
園藝學院張東教授為該論文通訊作者，博士后毛江萍和碩士生馬豆豆為共同第一作者。該項研究工作獲得國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和學校“雙一流”建設專項等項目的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhac080
日期：2022-05-11
