近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院蘋(píng)果抗逆與品質(zhì)改良創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)馬鋒旺教授/李超教授課題組在《Plant, Cell & Environment》在線發(fā)表了題為“Dopamine regulates its own synthesis via MdORG2 to improve low-nitrogen tolerance in apple plants”的研究論文，揭示了多巴胺通過(guò)MdTYDC和MdORG2相關(guān)通路調(diào)節(jié)蘋(píng)果低氮耐受性的分子機(jī)制。園藝學(xué)院博士研究生劉曉敏為論文第一作者，李超教授和馬鋒旺教授為通訊作者。
蘋(píng)果是世界四大主要水果之一，氮是與植物產(chǎn)量關(guān)系最密切的營(yíng)養(yǎng)元素，在莖、葉和果實(shí)的發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用。外源多巴胺已被證明能夠提高蘋(píng)果的低氮耐受性。然而，多巴胺緩解低氮脅迫的潛在調(diào)控機(jī)制仍不清楚。
該研究發(fā)現(xiàn)受低氮脅迫影響蘋(píng)果MdTYDC（編碼多巴胺生物合成關(guān)鍵酶酪氨酸脫羧酶的基因）表達(dá)上調(diào)，過(guò)表達(dá)MdTYDC不僅增強(qiáng)了蘋(píng)果株系的耐低氮性，而且顯著提高了蘋(píng)果葉片和根系中的多巴胺水平。
在低氮脅迫下，與野生型相比，過(guò)表達(dá)株系的光合能力顯著提高，根系也更加發(fā)達(dá)。這種增強(qiáng)使過(guò)表達(dá)株系的細(xì)根表面在低氮脅迫下表現(xiàn)出比WT更大的硝酸根凈流入。轉(zhuǎn)錄組和碳水化合物分析表明，蘋(píng)果中MdTYDC的過(guò)表達(dá)通過(guò)促進(jìn)與碳水化合物相關(guān)基因的表達(dá)，提高了可溶性糖和山梨醇的含量，從而增強(qiáng)了低氮耐受性。此外，外源多巴胺和MdTYDC的過(guò)表達(dá)都激活了MdORG2（一種bHLH轉(zhuǎn)錄因子）的表達(dá)，而MdORG2反過(guò)來(lái)直接結(jié)合MdTYDC的啟動(dòng)子，并激活其表達(dá)，提高多巴胺含量，從而增強(qiáng)蘋(píng)果的低氮耐受性。
該研究闡明了多巴胺緩解蘋(píng)果低氮脅迫的潛在調(diào)控機(jī)制，研究結(jié)果為植物低氮脅迫反應(yīng)機(jī)制提供了寶貴的見(jiàn)解，并為提高作物抗逆性和產(chǎn)量提供了潛在的策略。
該研究得到新疆省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2023B02018-2）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2023YFD2301000）、中國(guó)農(nóng)業(yè)科研體系專(zhuān)項(xiàng)基金（CARS-27）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31972389）和中國(guó)高校科學(xué)基金項(xiàng)目（2452023067）的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1111/pce.15153
日期：2024-10-20
蘋(píng)果是世界四大主要水果之一，氮是與植物產(chǎn)量關(guān)系最密切的營(yíng)養(yǎng)元素，在莖、葉和果實(shí)的發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用。外源多巴胺已被證明能夠提高蘋(píng)果的低氮耐受性。然而，多巴胺緩解低氮脅迫的潛在調(diào)控機(jī)制仍不清楚。
該研究發(fā)現(xiàn)受低氮脅迫影響蘋(píng)果MdTYDC（編碼多巴胺生物合成關(guān)鍵酶酪氨酸脫羧酶的基因）表達(dá)上調(diào)，過(guò)表達(dá)MdTYDC不僅增強(qiáng)了蘋(píng)果株系的耐低氮性，而且顯著提高了蘋(píng)果葉片和根系中的多巴胺水平。
在低氮脅迫下，與野生型相比，過(guò)表達(dá)株系的光合能力顯著提高，根系也更加發(fā)達(dá)。這種增強(qiáng)使過(guò)表達(dá)株系的細(xì)根表面在低氮脅迫下表現(xiàn)出比WT更大的硝酸根凈流入。轉(zhuǎn)錄組和碳水化合物分析表明，蘋(píng)果中MdTYDC的過(guò)表達(dá)通過(guò)促進(jìn)與碳水化合物相關(guān)基因的表達(dá)，提高了可溶性糖和山梨醇的含量，從而增強(qiáng)了低氮耐受性。此外，外源多巴胺和MdTYDC的過(guò)表達(dá)都激活了MdORG2（一種bHLH轉(zhuǎn)錄因子）的表達(dá)，而MdORG2反過(guò)來(lái)直接結(jié)合MdTYDC的啟動(dòng)子，并激活其表達(dá)，提高多巴胺含量，從而增強(qiáng)蘋(píng)果的低氮耐受性。
該研究闡明了多巴胺緩解蘋(píng)果低氮脅迫的潛在調(diào)控機(jī)制，研究結(jié)果為植物低氮脅迫反應(yīng)機(jī)制提供了寶貴的見(jiàn)解，并為提高作物抗逆性和產(chǎn)量提供了潛在的策略。
該研究得到新疆省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2023B02018-2）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2023YFD2301000）、中國(guó)農(nóng)業(yè)科研體系專(zhuān)項(xiàng)基金（CARS-27）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31972389）和中國(guó)高校科學(xué)基金項(xiàng)目（2452023067）的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1111/pce.15153
日期：2024-10-20
