近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)張紹鈴院士團(tuán)隊(duì)在Plant Journal在線發(fā)表了題為PbAGL7-PbNAC47-PbMYB73 complex coordinately regulates PbC3H1and PbHCT17to promote the lignin biosynthesis in stone cells of pear fruit的研究論文。該研究基于前期明確細(xì)胞木質(zhì)化啟動(dòng)的“開關(guān)”，挖掘出石細(xì)胞形成的起始因子PbMC1a/1b和PbRD21（Horticulture Research, 2020），揭示了PbAGL7-PbNAC47- PbMYB73模塊協(xié)同響應(yīng)細(xì)胞程序性死亡（PCD）調(diào)控石細(xì)胞形成的分子機(jī)制，從PCD角度進(jìn)一步闡述了石細(xì)胞形成原因。
梨（Pyrus）是我國(guó)乃至世界范圍內(nèi)重要的水果之一，由于其脆甜可口，深受消費(fèi)者們的喜歡。梨果實(shí)品質(zhì)高低決定于多種因素，其中一類特殊的木質(zhì)化細(xì)胞-石細(xì)胞便是重要的因素之一，過多石細(xì)胞的存在造成梨果肉質(zhì)地粗造、口感低劣。在梨果實(shí)中已初步明確石細(xì)胞形成的轉(zhuǎn)錄因子，但不同轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同調(diào)控石細(xì)胞形成的機(jī)制尚不清楚。
該研究通過不同石細(xì)胞含量的梨品種進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與梨果實(shí)石細(xì)胞形成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子PbAGL7。在梨果實(shí)中瞬時(shí)表達(dá)和擬南芥中穩(wěn)定表達(dá)PbAGL7能夠提高石細(xì)胞和木質(zhì)素含量，促進(jìn)次生細(xì)胞壁增厚，同時(shí)提高木質(zhì)素合成關(guān)鍵基因PbC3H1和PbHCT17的表達(dá)量。但PbAGL7不具有轉(zhuǎn)錄激活作用，不直接與PbC3H1和PbHCT17的啟動(dòng)子結(jié)合。
進(jìn)一步通過酵母文庫(kù)篩選發(fā)現(xiàn)PbNAC47和PbMYB73在細(xì)胞核內(nèi)與PbAGL7相互作用。在梨果實(shí)中瞬時(shí)表達(dá)和擬南芥中穩(wěn)定表達(dá)后，PbNAC47和PbMYB73也提高了石細(xì)胞和木質(zhì)素含量，促進(jìn)了次生細(xì)胞壁增厚，提高了木質(zhì)素合成關(guān)鍵基因PbC3H1和PbHCT17的表達(dá)量。通過雙熒光素酶、CHIP-qPCR和凝膠遷移實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)PbNAC47和PbMYB73分別通過結(jié)合SNBE和AC元件上調(diào)PbC3H1和PbHCT17的表達(dá)。同時(shí)，PbNAC47與PbMYB73的相互作用形成了PbAGL7-PbNAC47-PbMYB73復(fù)合體，該復(fù)合體顯著激活了PbC3H1和PbHCT17的表達(dá)促進(jìn)梨果中石細(xì)胞形成。此外，PCD進(jìn)程蛋白PbMC1a/1b與PbAGL7互作，表明該復(fù)合體可能受PbMC1a/1b介導(dǎo)的PCD過程影響，從而促進(jìn)梨果實(shí)石細(xì)胞中木質(zhì)素的生物合成。
綜上，本研究為轉(zhuǎn)錄因子受PCD過程影響協(xié)同調(diào)控梨果實(shí)石細(xì)胞形成的分子機(jī)制提供了新見解，拓展了對(duì)植物細(xì)胞壁木質(zhì)化的理解，為今后通過基因工程改良梨果實(shí)品質(zhì)奠定了基礎(chǔ)。
該研究依托南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院/梨工程技術(shù)研究中心開展，鐘山青年研究員貢鑫為論文的第一作者，齊開杰高級(jí)實(shí)驗(yàn)師和趙粱怡博士為共同第一作者，陶書田教授為通訊作者。參與研究的還有南京農(nóng)業(yè)大學(xué)張紹鈴院士、謝智華高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，在讀博士嚴(yán)鑫和碩士潘佳慧以及日本名古屋大學(xué)Katsuhiro Shiratake博士。本研究得到了江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省青年科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)三亞研究院成果轉(zhuǎn)化基金等資助。
原文鏈接：http://doi.org/10.1111/tpj.17090