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南京农业大学揭示梨果实石细胞形成的表观调控分子机制
时间:2019-2-12

  梨是我国的第三大果树树种,我国是世界第一大梨生产国,栽培面积和产量分别占全球的71.6%和75.8%。但是我国梨果的出口量和出口价格都远低于日本、韩国等亚洲国家,在国际市场上的竞争力较弱,其主要原因是由于我国梨果的综合品质较差。在众多影响果实品质的因素中,石细胞是梨果实中特有的性状,也是影响果实食用口感和加工品质的重要因素之一。消费者对梨果实石细胞的感知,就是吃到嘴里有沙粒样的口感,当石细胞含量多时就会感觉果实肉质粗糙。因此,对石细胞形成机制的深入解析,能为改良梨果实品质提供重要的理论基础,更有助于提升梨果的经济价值和市场竞争力。

  近日,Plant Biotechnology Journal以封面论文发表了南京农业大学梨课题组题为 PbrmiR397a regulates lignification during stone cell development in pear fruit 的研究论文。该研究明确了PbrmiR397a通过转录后调控PbrLAC抑制漆酶基因表达,从而影响石细胞主要组分木质素的合成,最终影响果实石细胞的含量;研究还发现了PbrmiR397a启动子区域与石细胞含量相关的重要SNP位点,为开发分子检测标记和辅助育种奠定了基础。

  本研究发现,梨果肉石细胞在盛花后21-49天迅速形成并积累,并且石细胞中木质素一旦合成就不会被降解。过量表达PbrmiR397a或者同时抑制三个PbrLAC基因,都会引起瞬时转化的梨果实木质素含量显着减少。过量表达PbrmiR397a的转基因烟草植株和野生型相比生物量之间没有显着差异,而茎杆木质素含量下降了18-29%,但S型/G型木质素的比值没有发生改变,组织学观察发现茎杆维管束细胞数量更少、细胞壁木质素自发荧光较弱且次生细胞壁更薄。

  通过对60份梨品种资源的重测序数据和果肉石细胞含量关联分析,在PbrmiR397a前体的启动子序列中发现了6个单核苷酸多态性(SNP)与石细胞含量性状高度关联。启动子顺式元件分析表明,6个SNP中有2个SNP会引起激素响应元件的改变。通过双荧光素酶试验证实,SNP#7改变形成的TCA-元件能够响应水杨酸信号,从而影响PbrmiR397a及其靶基因PbrLACs的表达,以及木质素的合成。研究发现不同品种中,PbrmiR397a与PbrLACs的表达量相反,且与高低石细胞含量呈显着相关性,从而进一步证明了梨果实石细胞的形成受表观遗传调控。

  薛程博士为该论文的第一作者,南京农业大学张绍铃教授课题组的吴俊教授为通讯作者。新西兰皇家植物与食品研究科学院姚家龙教授和Andrew C. Allan教授为合作作者。本研究得到了国家杰出青年科学基金、国家梨产业技术体系、江苏省杰出青年科学基金和江苏省“333高层次人才计划”的资助。