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【科研新进展】西北旱区果树发育生物学团队揭示CTK响应因子MdTCP17抑制不定根原基发生的分子机制

来源:   作者:毛江萍 王淑瑾   发布日期:2023-01-16     浏览次数:

     

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近日,我院西北旱区果树发育生物学团队在植物学知名期刊《The Plant Cell》上在线发表了题为“Cytokinin-responsive MdTCP17 interacts with MdWOX11 to repress adventitious root primordium formation in apple rootstocks”的研究论文,该研究阐明了 MdTCP17 介导CTK抑制不定根原基发生的分子机制,进一步揭示了不定根在苹果砧木中难以形成的原因。不定根发生是植物无性繁殖的关键环节,在植物器官扦插和组织培养中广泛使用,对农、林与园艺业的发展具有重要的价值。苹果不定根发生的生理分子机制与调控方面已开展了大量研究,但有关细胞分裂素(CTK)抑制不定根发生分子机制研究尚较为薄弱。

该研究团队首先在大田和组织培养条件下,对我国主栽苹果不同砧木的不定根发生能力进行了评价,发现其不定根发生能力存在显著差异。为进一步探究引起苹果砧木不定根发生差异的内在因素,研究团队分析了不同生根能力的苹果砧木中内源激素含量,发现苹果砧木的不定根发生能力与内源CTK含量呈负相关关系。基因表达分析发现CTK相关基因 MdTCP17 的表达与不定根发生能力负相关, MdTCP17 可以直接响应CTK信号,在苹果中过表达 MdTCP17 显著抑制了不定根的发生。此外,为探究 MdTCP17 如何抑制不定根发生,研究发现与MdTCP17互作的蛋白MdWOX11同样是在不定根发生的起始阶段具有时空共表达特性,并阐明了 MdWOX11 具有促进苹果不定根发生的功能, MdWOX11 直接转绿激活 MdLBD29 的表达,进一步分析发现MdTCP17能够抑制MdWOX11对 MdLBD29 的转录激活作用。

通过以上研究,阐明了 MdTCP17 介导CTK抑制不定根原基发生的分子机制。即在难生根的苹果砧木中,高含量的CTK促进 MdTCP17 的表达,抑制了 MdWOX11 的表达,MdTCP17与MdWOX11互作,MdTCP17抑制了MdWOX11对 MdLBD29 的转录活性,从而抑制了苹果砧木不定根原基的发生(图1)。这些发现阐明了不定根在苹果中难以形成的原因,进一步揭开了苹果砧木难生根的奥秘,加快了苹果砧木无性繁育的进程。此外,在上述研究基础上,团队还开发了不定根调控技术,并将其应用在砧木无糖组培和压条繁育中,为种苗这个卡脖子问题的解决提供了思路。

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图1 细胞分裂素响应因子 MdTCP17 调控苹果砧木不定根原基发生的分子机制

我院毛江萍副教授为该论文第一作者,张东教授为该论文通讯作者。团队教师和研究生也参与了该项工作。本研究得到了国家重点研发计划(2018YFD1000101)、国家自然科学基金(32102359)、国家苹果产业技术体系(CARS-27)、唐仲英基金会、西北农林科技大学“双一流”建设专项等项目支持。

原文链接:https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac369/6953371


编辑:张琼琼     终审:徐凌飞