茶樹是一種喜溫畏寒的經(jīng)濟作物。低溫是影響茶樹能否安全越冬及種植北移的關(guān)鍵因素。近年來，雖然茶樹抗寒生理生化和基因發(fā)掘的研究已取得長足發(fā)展，但關(guān)于茶樹抗寒調(diào)控機理的研究尚處起步階段。WRKY轉(zhuǎn)錄因子作為植物基因表達調(diào)控的重要轉(zhuǎn)錄因子，已被證實在植物逆境轉(zhuǎn)錄調(diào)控和應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，然而其在調(diào)控茶樹低溫脅迫中的作用仍不清楚。
2022年9月6日，Beverage Plant Research 在線發(fā)表了安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點實驗室夏恩華教授團隊題為Characterization of CsWRKY29 and CsWRKY37 transcription factors and their functional roles in cold tolerance of tea plant 的研究論文。
研究首先通過比較基因組學(xué)和生物信息學(xué)分析，全面鑒定了茶樹基因組中86個WRKY轉(zhuǎn)錄因子編碼基因，并通過系統(tǒng)進化和結(jié)構(gòu)域模式分析表明，茶樹WRKY轉(zhuǎn)錄因子可以分為3個大類群(I-III)和5個亞類群(II-a, II-b, II-c, II-d, II-e)。進一步通過對不同低溫時間處理樣品的CsWRKY開展差異表達分析，篩選并克隆出了2個與茶樹低溫脅迫響應(yīng)密切相關(guān)的候選基因 CsWRKY29 和CsWRKY37 。通過反義寡聚核苷酸對CsWRKY29/37 進行基因表達抑制實驗，結(jié)果表明低溫處理下基因表達抑制植株比對照組植株的葉片受損更嚴(yán)重，其Fv/Fm的比值下降，丙二醛的含量上升(圖1);而過表達CsWRKY29 和CsWRKY37 基因的轉(zhuǎn)基因擬南芥在低溫下存活率更高，丙二醛含量明顯降低，轉(zhuǎn)基因植株的耐寒性增強。本研究發(fā)掘并驗證了茶樹CsWRKY29和CsWRKY37轉(zhuǎn)錄因子在提高茶樹抗寒性中的作用，為推動以增強茶樹抗寒為目標(biāo)的遺傳改良進程、促進茶產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了靶基因。
圖1. 利用反義寡聚核苷酸對CsWRKY29/37 進行基因表達抑制實驗Figure 1. Antisense oligodeoxynucleotides- based gene silencing of CsWRKY29 and CsWRKY37 in tender leaves of tea plants
圖2. 過表達CsWRKY29 and CsWRKY37 對擬南芥的低溫耐受性的影響Figure 2. Overexpression of the CsWRKY29 and CsWRKY37 in Arabidopsis plants
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點實驗室夏恩華教授為本文通訊作者，碩士研究生趙慧娟為第一作者。研究得到了國家自然科學(xué)基金項目(32172626)和安徽省自然科學(xué)基金項目(2208085MC72、1908085MC75)等的支持。
作者團隊介紹
夏恩華教授研究團隊主要從事茶樹重要品質(zhì)和農(nóng)藝性狀的遺傳機理解析、茶樹及其野生近緣物種的比較基因組學(xué)和進化生物學(xué)、茶樹應(yīng)答低溫/病蟲害的分子機理及茶樹全基因組分子設(shè)計育種體系構(gòu)建和種質(zhì)創(chuàng)新等相關(guān)研究。
會、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所與Maximum Academic Press聯(lián)合出版的開放獲取的期刊，致力于傳播飲料作物領(lǐng)域研究進展，專注于發(fā)表本領(lǐng)域原創(chuàng)研究文章、綜述、評論和觀點。主題范圍包括但不限于飲料植物生物學(xué)、飲料質(zhì)量及化學(xué)分析等。期刊主編由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所陳宗懋院士與美國星巴克集團Brian Schaneberg博士共同擔(dān)任。
來源：中國茶葉學(xué)會
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