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                柱狀果樹2020年-Co基因編碼與植物激素代謝

                柱狀果樹2020年-Co基因編碼與植物激素代謝

                時間:2022-04-10 來源:網絡整理 作者:水果網
                導讀:有研究表明,這種柱型樹型的表型涉及到顯性Co區域,并且通過逆轉錄子插入在莖分生組織和葉原基的該區域發現了MdDOX-Co基因的異位表達(野生型中在根系特異性表達)【2】。gene的研究論文,發現MdDOX-Co可能與具有生物活性的赤霉素(GA)缺乏有關,并且外施GA可以改變柱狀蘋果樹的表型【3】。在前期研究基礎上,進一步揭示了MdDOX-Co通過GA代謝影響柱狀蘋果樹型的機制。

                樹型是影響果樹產量的關鍵因素,因為枝條多、枝條密集的樹型不僅會嚴重抑制樹冠的透光率和光合作用,而且管理起來很不方便。有趣的是,有一種柱狀蘋果樹與傳統果樹不同,它具有緊湊的圓柱形形狀,樹枝向上而不是橫向延伸[1]。這種樹型對果樹農業生產非常重要,但這種樹型形成的機制尚不清楚。研究表明,這種柱狀樹型的表型涉及一個顯性Co區域,并且通過逆轉錄插入(野生型)在莖分生組織和葉原基的該區域發現了MdDOX-Co基因的異位表達。根中的特定表達)[2]。 MdDOX-Co基因編碼2-酮戊二酸依賴性雙加氧酶(DOX,2ODD),該基因在擬南芥、煙草和蘋果中的過表達可導致相似的性狀[1]。

                柱狀果樹

                2020 年 3 月,日本國家農業食品研究機構 Kazuma Okada 及其合作者在 Tree Physiology 發表題為 Columnar growth phenotype in apple results from giberellin lack by ectopic expression of a dioxygenase Gene 研究論文發現 MdDOX-Co 可能與由于缺乏生物活性赤霉素(GA),GA的外用可以改變柱狀蘋果樹的表型[3]。但目前尚不清楚該基因編碼的產物是否與植物激素代謝直接相關。

                近期,合作團隊在 The Plant Journal 上發表了另一篇論文,題為《導致柱狀樹形的蘋果基因降低了具有生物活性的赤霉素的豐度》。在前人研究的基礎上柱狀蘋果品種,進一步揭示了MdDOX-Co通過GA代謝影響柱狀蘋果樹形的機制。

                首先柱狀蘋果品種,本研究發現,與野生型相比,過表達 MdDOX-Co 的擬南芥品系 (MdDOX-Co OE) 中的 GA20ox2 (GA 20-oxidase 2) 和 GA3ox1 (GA 3-oxidase) 1)增加,而GA 2-氧化酶(赤霉素分解代謝基因)的表達水平降低,這意味著MdDOX-Co OE系中具有生物活性的GA含量降低。

                植物中赤霉素的種類和代謝過程很復雜。通過體外生化試驗,研究發現MdDOX-Co基因產物可以將活性赤霉素A4(GA4)轉化為GA58(12-OH-GA4),其前體物種GA12和GA9可以分別轉化為 GA111 (12-OH-GA12) 和 GA70 (12-OH-GA9), 這表明 MdDOX-Co 具有 12α-羥化酶活性。此外, 在三個 12- OH-GAs,只有GA 58 仍然具有生理活性,而在MdDOX-Co OE 系中未檢測到內源性GA 58,表明GA 58 缺失是參與該過程的關鍵激素。

                進一步通過氘標記實驗,本研究發現MdDOX-Co過表達將外源GA12代謝為GA111,而不是GA58或GA70,但可以將GA9轉化為GA58。然而,雖然 GA 12 被有效代謝為 GA9,但 GA111 在體外被 GA 20 氧化酶轉化為 GA 70。這表明MdDOX-Co的12-α羥化酶活性導致GA的12-氧化減少了GA20氧化酶催化的C20氧化過程,這是降低活性GA含量的關鍵。

                GA 12-氧化通過 GA 20-氧化酶影響 GA 代謝

                綜上所述,本研究表明 MdDOX-Co 發生 GA12 的 12α-羥基化,抑制 GA9 和生物活性 GA 的合成,從而導致柱狀表型。本研究揭示了MdDOX-Co通過影響活性GA轉化率影響樹型的機制,對未來果樹生產具有重要意義。

                參考文獻

                【1】Okada, K., Wada, M., Moriya, S., Katayose, Y., Fujisawa, H., Wu, J., Kanamori, H., Kurita, K., Sasaki, H. , Fujii, H., Terakami, S., Iwanami, H., Yamamoto, T. 和 Abe, K. (2016)。與插入突變相鄰的假定雙加氧酶基因的表達涉及短節間柱狀蘋果 (Malus × domestica). J Plant Res 129: 1109-1126.【2】Wada, M., Iwanami, H., Moriya, S., Hanada, T., Tanaka, Y., Honda, C.、Shimizu, T.、Abe, K. 和 Okada, K. (2018)。正常蘋果中的根定位基因在柱狀蘋果的地上部分異位表達。植物生長規則 85: 389-398.【3】Okada, K., Wada, M., Takebayashi, Y., Kojima, M., Sakakibara, H., Nakayasu, M., Mizutani, M., Nakajima, M. , Moriya, S., Shimizu, T. 和 Abe, K. (2020). 蘋果的柱狀生長表型是由雙加氧酶基因的異位表達導致赤霉素缺乏引起的。Tree Physiol 40: 1205-1216.

                原文鏈接:

                doi.org/10.1093/treephys/tpaa049

                onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/tpj.15084

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