https://doi.org/10.1186/s43897-024-00117-z

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近日，Molecular Horticulture在線發(fā)表了上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院張才喜/糾松濤課題組的研究性論文，題為The VvD14c-VvMAX2-VvLOB/VvLBD19 module is involved in strigolactone-mediated regulation of grapevine root architecture。該研究揭示了新型植物激素獨(dú)腳金內(nèi)酯（SLs）在葡萄根系發(fā)育調(diào)控中的生理功能；首次在葡萄中鑒定到SLs的激素受體VvD14c。解析了VvD14c與SLs信號(hào)關(guān)鍵因子VvMAX2的互作依賴于SLs人工合成類似物GR24的存在。在葡萄和擬南芥中過(guò)量表達(dá)VvD14c和VvMAX2均能減少轉(zhuǎn)基因植株的側(cè)根數(shù)量和密度，進(jìn)而影響其根系構(gòu)型。體內(nèi)和體外試驗(yàn)也表明，VvMAX2與側(cè)根發(fā)生關(guān)鍵調(diào)控因子VvLOB/VvLBD19蛋白互作。該研究解析了VvD14c-VvMAX2-VvLOB/VvLBD19模塊參與獨(dú)腳金內(nèi)酯介導(dǎo)的葡萄根系構(gòu)型調(diào)控， 這為葡萄根系生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控提供了新的見解。

背景介紹

提質(zhì)增效是葡萄產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵，而葡萄根系發(fā)育狀況與其地上部產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)形成密切相關(guān)。在葡萄生產(chǎn)中為提高果實(shí)品質(zhì)，經(jīng)常采取斷根、修剪等方式來(lái)平衡地上部和地下部的生長(zhǎng)，但是存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高等突出問(wèn)題。開展葡萄構(gòu)型調(diào)控機(jī)理研究，不僅有助于完善葡萄根系發(fā)育理論，而且對(duì)于實(shí)現(xiàn)葡萄高品質(zhì)和輕簡(jiǎn)化栽培也具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。近些年來(lái)，盡管植物根系發(fā)育調(diào)控機(jī)理研究取得一些重要進(jìn)展，但因根系發(fā)育的復(fù)雜性，其調(diào)控機(jī)理仍需深入解析。除遺傳因子外，根系發(fā)育還受環(huán)境因子和激素的調(diào)控。已有研究發(fā)現(xiàn)獨(dú)腳金內(nèi)酯及其衍生物能夠顯著抑制擬南芥、番茄、苜蓿等植物側(cè)根的形成，表明SLs在側(cè)根形成調(diào)控中發(fā)揮著重要的作用。然而，SLs調(diào)控葡萄根系發(fā)育的內(nèi)在機(jī)制尚不清楚。本研究旨在為通過(guò)改變根系構(gòu)型調(diào)控葡萄產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)栽培新技術(shù)的研發(fā)提供理論依據(jù)。

研究結(jié)果

D14蛋白是一種α/β水解酶，是SLs信號(hào)通路中的關(guān)鍵受體。然而，葡萄中SLs激素受體及其他關(guān)鍵信號(hào)組分在葡萄根系構(gòu)型中的生物學(xué)功能尚不清楚?；虮磉_(dá)分析發(fā)現(xiàn)，相比其它VvD14成員，VvD14c在葡萄各個(gè)組織及果實(shí)發(fā)育不同階段表達(dá)豐度較高。分子對(duì)接預(yù)測(cè)了獨(dú)角金內(nèi)酯分子能夠嵌套在葡萄VvD14c蛋白的活性空腔內(nèi)。激素受體結(jié)合試驗(yàn)進(jìn)一步證明了GR24分子可與VvD14c蛋白結(jié)合，親和力為5.65×10-9 M，表明VvD14c蛋白是葡萄獨(dú)腳金內(nèi)酯的激素受體。藥劑學(xué)試驗(yàn)表明，GR24顯著促進(jìn)葡萄不定根的伸長(zhǎng)，增加不定根的粗度，同時(shí)降低葡萄側(cè)根的數(shù)量和密度，并提高了VvD14c的表達(dá)豐度。體內(nèi)和體外試驗(yàn)也表明，VvD14c與葡萄SLs信號(hào)通路關(guān)鍵組分VvMAX2存在蛋白互作關(guān)系，其蛋白互作依賴于獨(dú)腳金內(nèi)酯的存在。

Fig.1 VvD14c蛋白是葡萄獨(dú)腳金內(nèi)酯（SLs）的激素受體。SLs調(diào)控葡萄根系構(gòu)型的信號(hào)通路模型。

分別在擬南芥d14和max2突變體中過(guò)表達(dá)VvD14c和VvMAX2，可恢復(fù)突變體側(cè)根數(shù)量和密度的增加及主根伸長(zhǎng)的表型。通過(guò)發(fā)根系統(tǒng)在葡萄中過(guò)量表達(dá)VvD14c和VvMAX2基因可顯著減少葡萄側(cè)根數(shù)量、降低側(cè)根密度。蛋白互作試驗(yàn)表明VvMAX2蛋白與側(cè)根發(fā)生關(guān)鍵調(diào)控因子VvLOB/VvLBD19互作。在擬南芥和葡萄中過(guò)量表達(dá)VvLOB和VvLBD19基因后，轉(zhuǎn)基因植株的側(cè)根的數(shù)量和密度顯著增加，表明它們是葡萄側(cè)根發(fā)育的正調(diào)控因子。

Fig.2 VvLOB和VvLBD19是葡萄側(cè)根發(fā)育的正調(diào)控因子。

綜合以上結(jié)果，該研究揭示了VvD14c-VvMAX2-VvLOB/VvLBD19模塊可參與獨(dú)腳金內(nèi)酯介導(dǎo)的葡萄根系構(gòu)型調(diào)控，這為葡萄根系生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控提供了新的見解。

上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院博士研究生徐巖為論文第一作者，上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院張才喜教授和糾松濤副研究員為共同通訊作者。感謝上海交通大學(xué)分析測(cè)試中心林德立博士和河北農(nóng)業(yè)大學(xué)陳來(lái)教授分別在激素受體結(jié)合試驗(yàn)、分子對(duì)接方面提供的技術(shù)支持。感謝中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育研究所李家洋院士團(tuán)隊(duì)贈(zèng)予d14 和max2的擬南芥突變體。上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院王世平教授、王磊副研究員也參與了該項(xiàng)研究。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（32102346）、上海揚(yáng)帆計(jì)劃（21YF1422100）、國(guó)家博士后創(chuàng)新人才計(jì)劃（BX20180199等項(xiàng)目的資助。