近日，園藝學院果樹逆境生物學團隊徐凌飛教授課題組在Plant Physiology在線發表了題為“Transcription factor PbNAC71 regulates xylem and vessel development to control plant height”的研究論文。該研究揭示了‘PbRNF217-PbNAC71-PbWAT1’模型通過影響木質部、導管發育調控梨株高的分子機制，博士研究生叢柳為本論文第一作者，徐凌飛教授為論文通訊作者。
矮化栽培具有早果、豐產、優質、便于機械化操作等優點，是現代果樹生產發展的方向。優良矮化砧木是實現梨矮化栽培的基礎和關鍵。目前，由于缺乏理想的梨矮化砧木，國內梨生產栽培仍然沿用喬化密植栽培。因此，挖掘梨優良致矮基因，解析調控機制，為梨矮化砧木和矮生品種的分子育種提供理論依據和基因資源，對于加快梨矮化栽培具有重要意義。
課題組首先在矮化砧穂組合中篩選到一個可能調控梨株高的NAC家族轉錄因子PbNAC71。通過轉基因功能驗證，證明了PbNAC71是一個調控梨生長發育的負調控因子。與野生型相比，轉基因‘OHF-333’梨和煙草木質部及導管顯著減小，株高降低，表現出明顯的矮生表型。同時，篩選出了PbNAC71調控木質部、導管發育的下游基因PbWAT1，并驗證了其功能。分子互作實驗證明了PbNAC71能通過結合PbWAT1啟動子上的SNBE元件降低其啟動子活性。
進一步研究發現PbNAC71蛋白能與E3泛素連接酶PbRNF217蛋白互作，并通過體內/體外蛋白降解實驗證明了PbRNF217能促進PbNAC71發生依賴26S蛋白酶體的泛素化降解。本研究在過表達PbNAC71的轉基因煙草中又過表達了PbRNF217。與單轉基因煙草相比，雙轉基因煙草株高顯著增加，NtWAT1的表達顯著上調，木質部及導管大小也明顯增加大。并且我們還發現MG132處理后，雙轉基因煙草生長受到顯著抑制，NtWAT1顯著下調表達，其木質部及導管大小也顯著減小。這些結果表明PbRNF217能促進PbNAC71發生依賴26S蛋白酶體的泛素化降解，調控木質部及導管發育，從而影響植株高度。
綜上所述，本研究發現并解析了梨矮生基因PbNAC71調控木質部及導管發育導致矮生的分子機制，形成了‘PbRNF217-PbNAC71-PbWAT1’的調控模型，為選育梨矮生品種和矮化砧木提供了重要的理論依據和參考。
西北農林科技大學園藝學院博士研究生叢柳為本論文第一作者，徐凌飛教授為論文通訊作者，馬鋒旺教授等參與了該研究。該研究得到了國家重點研發計劃項目支持。研究還得到了園藝學院園藝科學研究中心在實驗技術上的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae011
日期：2024-02-16
矮化栽培具有早果、豐產、優質、便于機械化操作等優點，是現代果樹生產發展的方向。優良矮化砧木是實現梨矮化栽培的基礎和關鍵。目前，由于缺乏理想的梨矮化砧木，國內梨生產栽培仍然沿用喬化密植栽培。因此，挖掘梨優良致矮基因，解析調控機制，為梨矮化砧木和矮生品種的分子育種提供理論依據和基因資源，對于加快梨矮化栽培具有重要意義。
課題組首先在矮化砧穂組合中篩選到一個可能調控梨株高的NAC家族轉錄因子PbNAC71。通過轉基因功能驗證，證明了PbNAC71是一個調控梨生長發育的負調控因子。與野生型相比，轉基因‘OHF-333’梨和煙草木質部及導管顯著減小，株高降低，表現出明顯的矮生表型。同時，篩選出了PbNAC71調控木質部、導管發育的下游基因PbWAT1，并驗證了其功能。分子互作實驗證明了PbNAC71能通過結合PbWAT1啟動子上的SNBE元件降低其啟動子活性。
進一步研究發現PbNAC71蛋白能與E3泛素連接酶PbRNF217蛋白互作，并通過體內/體外蛋白降解實驗證明了PbRNF217能促進PbNAC71發生依賴26S蛋白酶體的泛素化降解。本研究在過表達PbNAC71的轉基因煙草中又過表達了PbRNF217。與單轉基因煙草相比，雙轉基因煙草株高顯著增加，NtWAT1的表達顯著上調，木質部及導管大小也明顯增加大。并且我們還發現MG132處理后，雙轉基因煙草生長受到顯著抑制，NtWAT1顯著下調表達，其木質部及導管大小也顯著減小。這些結果表明PbRNF217能促進PbNAC71發生依賴26S蛋白酶體的泛素化降解，調控木質部及導管發育，從而影響植株高度。
綜上所述，本研究發現并解析了梨矮生基因PbNAC71調控木質部及導管發育導致矮生的分子機制，形成了‘PbRNF217-PbNAC71-PbWAT1’的調控模型，為選育梨矮生品種和矮化砧木提供了重要的理論依據和參考。
西北農林科技大學園藝學院博士研究生叢柳為本論文第一作者，徐凌飛教授為論文通訊作者，馬鋒旺教授等參與了該研究。該研究得到了國家重點研發計劃項目支持。研究還得到了園藝學院園藝科學研究中心在實驗技術上的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae011
日期：2024-02-16
