近日，南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院柳李旺教授團隊在國際知名期刊《Molecular Horticulture》在線發(fā)表了題為RsWRKY40 coordinates the cold stress responseby integratingRsSPS1-mediated sucrose accumulation and the CBF-dependent pathway in radish (Raphanus sativus L.)的研究論文，揭示了蘿卜RsWRKY40通過調(diào)節(jié)蔗糖積累和CBF信號途徑響應低溫脅迫的分子機制。

蘿卜是一種重要的根菜類蔬菜作物，其肉質(zhì)根營養(yǎng)豐富，在我國和全球廣泛栽培。蘿卜肉質(zhì)根形成過程中維管形成層細胞不斷分裂分化為次生韌皮部和次生木質(zhì)部。在冬春季節(jié)栽培常遭遇低溫冷害，限制其形成層細胞活動，使肉質(zhì)根不能膨大，導致產(chǎn)量下降，造成經(jīng)濟損失。因此鑒定和分析蘿卜低溫響應關(guān)鍵基因，并解析其應答低溫脅迫的分子機制，可為蘿卜耐冷性種質(zhì)創(chuàng)制和遺傳改良提供重要的基因資源和科學依據(jù)。

該研究通過全基因組關(guān)聯(lián)分析鑒定到RsSPS1是控制蔗糖合成的候選基因（圖1），基因功能分析表明RsSPS1可調(diào)控蘿卜蔗糖含量，同時其表達受到冷脅迫顯著誘導。過表達RsSPS1可提高蘿卜的耐冷性，RsSPS1抑制表達后蘿卜的冷敏感性增強，肉質(zhì)根形成層活性明顯下降，表明該基因在蘿卜響應低溫脅迫時發(fā)揮正向調(diào)控作用。

圖1蘿卜可溶性糖含量的全基因組關(guān)聯(lián)分析

為了解析蘿卜響應低溫的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制，利用酵母單雜交分析篩選到RsSPS1基因上游調(diào)控因子RsWRKY40。RsWRKY40可結(jié)合RsSPS1啟動子進而正向調(diào)控其表達；RsWRKY40定位于細胞核，其表達受到冷脅迫顯著誘導（圖2）。過表達RsWRKY40可以提高蔗糖磷酸合酶的活性和蔗糖含量，并增強蘿卜耐冷性，RsWRKY40沉默后降低了蘿卜植株耐冷性和肉質(zhì)根形成層活性；外施60 mM蔗糖可以降低蘿卜RsWRKY40沉默植株的冷敏感性，表明RsWRKY40可通過調(diào)節(jié)蔗糖含量來調(diào)控蘿卜的冷響應過程（圖3）。

圖2受冷誘導的RsWRKY40定位于細胞核并轉(zhuǎn)錄激活RsSPS1的表達

進一步的酵母單雜交和雙熒光素酶實驗發(fā)現(xiàn)RsWRKY40可以結(jié)合在RsCBF1/2的啟動子上并激活其表達，并且RsWRKY40會結(jié)合自身的啟動子激活其表達，形成一個正向的自我反饋調(diào)節(jié)通路（圖4）。

圖3 RsWRKY40通過調(diào)節(jié)蔗糖含量正向調(diào)控蘿卜的耐冷性

該研究解析了RsWRKY40參與應答低溫脅迫的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，低溫快速誘導RsWRKY40表達后，RsWRKY40結(jié)合到RsSPS1和RsCBF1/2的啟動子上并激活其表達，協(xié)調(diào)蔗糖合成和CBF信號通路，進而調(diào)控蘿卜耐冷性（圖4）。研究結(jié)果為解析蘿卜低溫脅迫響應機制，以及耐冷性的分子育種提供了寶貴的基因資源和理論依據(jù)。

圖4 RsWRKY40通過RsSPS1介導的蔗糖積累和調(diào)節(jié)CBF信號途徑協(xié)調(diào)蘿卜低溫脅迫響應

南京農(nóng)業(yè)大學作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新利用全國重點實驗室/園藝學院、生物育種鐘山實驗室博士研究生陳森為該論文的第一作者，柳李旺教授為通訊作者。徐良副教授和王燕副教授參與了本研究。該研究得到江蘇省重點研發(fā)計劃(現(xiàn)代農(nóng)業(yè)）重點項目、江蘇省種業(yè)振興“揭榜掛帥”項目、國家自然科學基金、江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項目、江蘇省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金以及江蘇高校優(yōu)勢學科建設(shè)工程資助項目（PAPD）共同資助。

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