云南師范大學(xué)能源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院祝光濤教授團(tuán)隊(duì)在Plant Physiology 發(fā)表了題為“The transcription factor WRKY41-FLAVONOID 3'-HYDROXYLASE module fine-tunes flavonoid metabolism and cold tolerance in potato”的研究論文。 

文獻(xiàn)引用的九圃產(chǎn)品——九圃植物培養(yǎng)箱BPC500H

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf070

1. 低溫誘導(dǎo)野生種中ScF3′H表達(dá)

RT-qPCR分析顯示，野生種CM（S. commersonii）的F3′H基因在低溫下持續(xù)上調(diào)，而栽培種DM（S. tuberosum）中無顯著變化（圖1A）?？寺cF3′H發(fā)現(xiàn)其與栽培種StF3′H的氨基酸序列相似度達(dá)99%。

圖1. 利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)對(duì)S. commersonii中的scf3'h進(jìn)行基因組編輯

2. ScF3′H增強(qiáng)馬鈴薯抗寒性

通過CRISPR/Cas9技術(shù)獲得ScF3′H敲除突變體（f3′h-1、f3′h-2、f3′h-3），其花青素含量顯著降低，低溫處理后電解質(zhì)滲漏增加，抗寒性減弱（圖1B-F）。過表達(dá)ScF3′H的栽培種“Desiree”植株花青素積累增加，ROS水平降低，抗寒性顯著提升（圖2A-G）。 

圖2. ScF3'H過表達(dá)增強(qiáng)栽培馬鈴薯的抗寒性

3. ScF3′H調(diào)控黃酮代謝流

代謝組分析表明，過表達(dá)ScF3′H導(dǎo)致56種黃酮類代謝物上調(diào)，79種下調(diào)。其中，山柰酚衍生物減少，槲皮素衍生物及花青素顯著積累（圖3A-F）。槲皮素因B環(huán)多羥基結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的ROS清除能力，是抗寒性提升的關(guān)鍵。 

圖3. ScF3'H過表達(dá)促進(jìn)槲皮素-O-糖苷及下游花青素合成

4. ScWRKY41結(jié)合ScF3′H啟動(dòng)子W-box區(qū)域

啟動(dòng)子分析發(fā)現(xiàn)，野生種ScF3′H啟動(dòng)子中284 bp區(qū)域含兩個(gè)W-box元件，對(duì)低溫響應(yīng)至關(guān)重要（圖4A-B）。通過RNA-seq篩選出17個(gè)低溫響應(yīng)WRKY基因，其中ScWRKY41在低溫下特異性上調(diào)，并通過酵母單雜交（Y1H）驗(yàn)證其與W-box結(jié)合（圖4C-G）。 

圖4. 低溫誘導(dǎo)的ScWRKY41結(jié)合ScF3'H啟動(dòng)子

5. ScWRKY41招募ScHAC1激活ScF3′H表達(dá)

ScWRKY41定位于細(xì)胞核，具有轉(zhuǎn)錄激活活性（圖5A-B）。瞬時(shí)表達(dá)實(shí)驗(yàn)顯示，ScWRKY41顯著增強(qiáng)ScF3′H啟動(dòng)子活性（圖5C-D）。染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP-qPCR）證實(shí)ScWRKY41直接結(jié)合啟動(dòng)子區(qū)域（圖5F）。 

圖5. ScWRKY41激活ScF3′H的表達(dá)

      進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)ScWRKY41與組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶ScHAC1互作，促進(jìn)H3K27乙?；揎?，激活ScF3′H轉(zhuǎn)錄（圖6A-F）。

圖6.  ScWRKY41招募ScHAC1增強(qiáng)ScF3′H啟動(dòng)子中H3K27ac水平

主要結(jié)論

     本研究揭示了ScWRKY41-ScF3′H模塊通過增強(qiáng)黃酮羥基化代謝提升抗寒性的分子機(jī)制。低溫誘導(dǎo)ScWRKY41表達(dá)，其通過結(jié)合W-box元件并招募ScHAC1，促進(jìn)組蛋白乙?；?，激活ScF3′H轉(zhuǎn)錄，從而增加槲皮素衍生物積累（圖7）。這一機(jī)制在野生種中高度保守，但在栽培種中因啟動(dòng)子缺失而功能受限。研究結(jié)果為利用野生種基因資源改良栽培馬鈴薯抗寒性提供了理論依據(jù)。

圖7. 作用模型：ScWRKY41-HAC1復(fù)合物通過調(diào)控黃酮代謝響應(yīng)低溫脅迫

       這項(xiàng)研究不僅揭示了野生馬鈴薯抗凍的分子機(jī)制，還為培育抗寒性更強(qiáng)的馬鈴薯品種提供了寶貴的基因資源。未來，這一發(fā)現(xiàn)有望應(yīng)用于其他作物的抗寒育種中，幫助應(yīng)對(duì)全球氣候變化帶來的挑戰(zhàn)。

      若您使用九圃產(chǎn)品發(fā)表SCI文獻(xiàn)，歡迎您前來聯(lián)系我們，參與有獎(jiǎng)?wù)骷?jì)劃?；顒?dòng)請參見公眾號(hào)【關(guān)于我們-論文征集】，或添加微信號(hào)【JIUPO907】進(jìn)行了解。

我們將用更加智慧、高效、節(jié)能產(chǎn)品為全球農(nóng)科實(shí)驗(yàn)保駕護(hù)航！