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前沿|高志红团队揭示不同海拔地区梅的低温适应性分子机制
  • 日期:2024年01月22日 15:13
  • 编辑:黄霄
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梅,属于蔷薇科李属植物,是典型的核果类果树,原产于我国西南部的花果兼用树种,有着悠久的历史,种质资源丰富。课题组前期的研究结果发现中国西南部是梅的起源中心,而且还揭示了一条新的传播路径,主要是沿珠江流域水系,从中国西南到贵州荔波,再到广东、福建、台湾地区(Huang et al., Plant Journal, 2022)。从海拔高度上,梅主要是从高海拔地区向低海拔地区传播。高海拔地区年平均气温和年最低气温偏低,而低海拔地区,以福建、广东为例,年平均气温和年最低气温都偏高,低温积累量严重不足,对梅的自然休眠影响大。但是梅却能很好地在这些地区繁衍生息,它是如何适应不同海拔地区的环境温度条件?

近日,南京农业大学园艺学院高志红团队在Plant, Cell & Environment在线发表了题为“Allelic variation of PmCBF03 contributes to the altitude and temperature adaptability in Japanese apricot (Prunus mume Sieb. et Zucc.)”的研究论文,揭示了PmCBF03等位基因的遗传变异调控不同海拔地区梅的低温适应性分子机制。



该研究首先对不同海拔地区的梅群体样品进行了选择性清除分析,在第7号染色体上,鉴定了一个高度受到选择的区域,LG07-LD18.04-8.14Mb),LD连锁分析也显示该区域具有非常高的连锁强度。在该区域进一步分析发现低温响应转录因子PmCBF03被强烈选择,该基因在外显子区域存在一个早期终止SNP突变,在不同海拔的种群中表现出PmCBF03APmCBF03T两种不同的变异类型。转基因和生理生化试验表明PmCBF03A基因提高了转基因拟南芥在低温和冷冻胁迫下的存活率、抗氧化酶活性和抗氧化酶基因的表达水平,减少了电解质的渗漏和ROS的积累,提高了转基因株系的抗寒性。同时,与野生型相比,PmCBF03A基因促进了转基因拟南芥种子的休眠。进一步通过酵母单杂、双荧光素酶、EMSA等分子试验表明,PmCBF03A可以直接与PmCOR413PmDAM6PmABI5基因启动子中的DRE/CRT元件结合,促进了它们的转录,增强了过表达PmCBF03A株系的抗寒性和促进休眠。而PmCBF03T基因无法与PmDAM6PmABI5基因的启动子结合,导致休眠提前解除,以适应低海拔地区梅的需冷量不足的问题(图1)。

                 


                    1 转录因子PmCBF03参与调控不同海拔地区梅的低温适应性分子机制

南京农业大学钟山青年研究员黄霄、博士研究生高峰、科研助理周鹏羽为文章的共同一作,高志红教授为通讯作者。南京农业大学侍婷副教授,倪照君农艺师,云南省绿色食品发展中心李永平高级农艺师,仲恺农业工程学院Hayat博士后,博士研究生谭伟、马成栋和硕士研究生马瑜梵、李明潞也参与了本研究的工作。本研究得到了江苏省种业振兴“揭榜挂帅”项目、中央高校基本科研业务费项目、中国博士后科学基金面上项目、江苏省卓越博士后项目、江苏省园艺学优势学科项目的资助,同时国家果梅杨梅种质资源圃提供了植物材料。