棉花黄萎病使棉花生产受到重大损失。为了揭示棉花响应黄萎病的防御机制,本研究利用棉花品系M138(抗黄萎病)和P2(感黄萎病)进行了转录组分析。结果显示,在M138和P2中分别有11076个和6640个差异表达基因响应黄萎病菌的侵染。利用加权基因共表达网络分析方法对4633个差异表达转录因子进行共表达分析发现,一个与黄萎病菌的抗性反应密切相关的“MEblue”模块,该模块包含654个转录因子。并在这些差异表达转录因子中,发现了参与黄萎病防御反应的关键基因乙烯转录因子GhERF91。进一步,通过病毒诱导的基因沉默实验和外源乙烯利处理分析发现,GhERF91受乙烯诱导表达,并正调控棉花对黄萎病菌的响应。本研究提供了棉花响应黄萎病侵染的转录组数据,同时鉴定了与黄萎病抗性相关的关键基因GhERF91,为选育抗黄萎病的棉花品种提供了的遗传资源。
冷胁迫是影响苹果生产的重要限制因素。在本研究中,我们以苹果砧木‘M9T337’和‘60-160’的组织培养幼苗为试材进行检测,发现它们对冷胁迫分别表现为抗性和敏感性。‘M9T337’和‘60-160’幼苗在冷胁迫(1℃)处理48小时后,差异表达基因(DEGs)的富集途径和生理变化明显不同,表明它们对冷胁迫的反应存在差异。两个砧木幼苗WRKY转录因子差异表达分析表明MdWRKY40is和MdWRKY48为潜在冷耐性调控子。在苹果愈伤中分别过表达MdWRKY40is和MdWRKY48,结果发现过表达MdWRKY48的愈伤没有明显效果,而MdWRKY40is能促进花青苷积累和提高愈伤冷耐性,并促进花青苷合成结构基因MdDFR和冷信号核心基因MdCBF2的表达。酵母单杂和凝胶阻滞( EMSA )分析表明MdWRKY40is仅能结合MdDFR的启动子。酵母双杂和双分子荧光互补(BiFC)表明MdWRKY40is能通过其蛋白N端Leu Zipper与CBF2抑制子MdMYB15L互作。当敲除MdWRMY40is蛋白N端Leu Zipper后,在愈伤中过表达发现其不能影响MdCBF2的表达水平和愈伤冷耐性,表明MdWRKY40is参与冷信号途径是通过与MdMYB15L互作来实现的。综上,MdWRKY40is能直接绑定MdDFR启动子促进花青苷积累,并通过与MdMYB15L互作,干扰其对MdCBF2抑制作用,间接促进MdCBF2表达,从而提高冷耐性。这些结果为苹果砧木抗冷机制的研究提供了新视角,为未来筛选抗寒砧木提供分子依据。
本研究通过比较基因表达量和有机酸含量,发现了一个P3A亚家族成员PbPH5基因的表达量与不同梨系统的苹果酸积累呈高度相关,且与白梨系统、西洋梨系统、砂梨系统和秋子梨系统中的相关性分别是0.932**,0.656*,0.900**和0.518*(*P<0.05或** P<0.01)。在梨果实中过表达PbPH5基因后苹果酸含量增加,沉默PbPH5基因后苹果酸含量降低;亚细胞定位结果显示PbPH5定位于液泡膜。此外,系统发育分析结果表明PbPH5基因是PH5的同源基因,与矮牵牛、苹果和柑橘PH5基因归于同一支。综上所述,这些结果表明PbPH5是一个较为保守的基因,而且,梨果实中苹果酸的积累至少部分与PbPH5基因表达量相关。
细胞死亡是多细胞生物生命中一种重要的生理现象。当呼吸和新陈代谢等正常功能停止时,将会发生细胞死亡。细胞死亡可分为程序性细胞死亡和非程序性细胞死亡。正常组织中发生的程序性细胞死亡,通常是维持组织机能和形态所必须的。非程序性细胞死亡则通常由非生物或生物胁迫引起。近年来,大量研究报道植物在抵御病原菌时出现了细胞死亡现象。通过分析调控植物免疫反应和细胞死亡的蛋白(PICD),发现PICD主要参与丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联、活性氧(ROS)、植物激素、泛素-蛋白酶体系统、Ca2+信号、物质转运等六种主要的反应过程,且这些反应过程存在内在的联系。同时,PICD主要分为八类,如:含有核苷酸结合结构域和富含亮氨酸重复序列的蛋白(NLR)蛋白、受体或类受体激酶、E3泛素连接酶和其相关蛋白、ATP和GTP相关蛋白、转录因子、14-3-3蛋白和其相关蛋白、类eEF1A蛋白和丝氨酸蛋白酶抑制子,部分PICD类型具有单、双子叶植物特异性。植物细胞死亡不仅与病原相关分子模式激发的免疫反应(PTI)、效应因子激发的免疫反应(ETI)紧密相关,也与系统获得性抗性(SAR)存在重要关联。PICD在细胞外基质、细胞膜、细胞质、细胞核、线粒体、叶绿体、内质网膜、多囊泡体等众多细胞结构中均有分布,表明细胞在应对病原菌侵染和调控自身死亡时存在精妙地协同调控作用。此外,植物在抵御病原菌时的细胞死亡,通常对其自身的生长发育不利。通过筛选优异的等位变异和基因编辑等技术手段,期望达到植物免疫和生长发育间的平衡,以此增强PICD在植物应用领域中的潜力。
萝卜是一种重要的十字花科根菜类蔬菜作物,在其有色的根中有高水平的花青素累积。MYB转录因子(TFs)在植物发育和花青素代谢中起着重要作用,并且PAP1/2能促进花青素生物合成基因的表达。本研究在萝卜基因组中共鉴定出187个RsMYB基因,并将其分为32个亚家族;其中159个RsMYB基因被定位在9条染色体上。在4个不同颜色的萝卜品种肉质根发育阶段,14个RsMYB基因表现出差异的表达模式。一些RsMYB基因在成熟期有色根组织中高表达,这些基因包括RsMYB41,RsMYB117以及与PAP1/2同源的RsMYB132在‘NAU-YH’的红色根皮中高表达,RsMYB65和RsMYB159基因在‘NAU-YZH’的紫色根皮中高表达,表明这些RsMYB基因可能促进萝卜肉质根花青素积累。研究结果为进一步研究萝卜RsMYB基因功能特性提供有价值的信息,并有助于阐明萝卜花青素生物合成的分子机制。