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鲜宝果蔬李焕秀教授团队在辣椒响应低温胁迫研究中取得进展

作者: 时间:2022-09-30 点击数:

近日,成都鲜宝果蔬有限公司园艺学院鲜宝果蔬蔬菜育种团队在中科院二区TOP期刊International Journal of Molecular Sciences(IF: 6.208)在线发表了题为“Genome-Wide Identification of Polyamine Oxidase (PAO) Family Genes: Roles ofCaPAO2andCaPAO4in the Cold Tolerance of Pepper (Capsicum annuumL.)”的研究论文。蔬菜学2019级博士研究生张健伟为该文的第一作者,导师李焕秀教授为该文通讯作者。

辣椒(Capsicum annuumL.)起源于中美洲和南美洲的热带地区,是重要的蔬菜和香料原材料。辣椒生长对低温敏感,其最适合生长温度为21-27 ℃,低于12 ℃生长受到明显抑制。多胺(PAs)普遍存在于生物细胞中,是一类脂肪族含氮碱,常见的有腐胺(Put)、亚精胺(Spd)和精胺(Spm)。多胺氧化酶(PAO)作为主要的多胺分解酶,包含多胺的末端分解途径和反向转化途径。课题组在前期辣椒响应低温胁迫的多组学研究中,发现两个多胺氧化酶基因可能参与辣椒对低温胁迫的响应,在此基础上开展了后续试验。研究发现CaPAO2和CaPAO4均定位于过氧化物酶体,催化反应以精胺为最适底物,并在植物体内以反向转化途径参与多胺的氧化分解。此外,在拟南芥中过表达了CaPAO2CaPAO4,通过改变转基因植物的抗逆生理和相关分子水平以提高其对冷冻胁迫的耐受性。

研究亮点

1. 辣椒中鉴定到6个多胺氧化酶(PAO)成员,预测CaPAO2CaPAO4响应低温胁迫。

2. CaPAO2和CaPAO4定位于过氧化物酶体,催化反应均以精胺为最适底物。

3.CaPAO2CaPAO4过表达拟南芥植株通过调控生理生化及分子水平来提高抗寒性。

研究结论

1. 在辣椒‘Zunla-1’基因组中共鉴定到6个PAO成员,命名为CaPAO1-CaPAO6(表1),研究发现CaPAO2CaPAO4CaPAO6基因在辣椒不同组织表达量均具有较高的表达量。与对照相比,低温胁迫下CaPAO2CaPAO4基因的表达量显著性增加,表明CaPAO2CaPAO4可能参与低温胁迫响应(图1)。

表1 辣椒PAO家族成员基本信息和理化性质

图1 辣椒PAO家族成员在不同组织以及低温胁迫处理下的表达情况

2. 拟南芥原生质体共定位发现,CaPAO2和CaPAO4均定位于过氧化物酶体(图2),之后构建了原核表达载体p-COLD-CaPAO2/4载体,通过IPTG诱导和纯化获得单一条带,酶活性测定发现CaPAO2和CaPAO4均以精胺为最适底物(图3)。

图2 CaPAO2和CaPAO4蛋白在拟南芥原生质体中的定位

图3 CaPAO2和CaPAO4蛋白原核表达及酶活性测定

3. 冷冻胁迫条件下(-8 ℃),野生型植株叶片卷曲,颜色加深,出现明显的冻伤表型,恢复3天后植物无法正常生长,死亡;而与野生型植物相比,转基因材料可继续生长,且其存活率显著高于野生型植株(图4),说明CaPAO2CaPAO4均能提高植物抗寒性。

图4 低温胁迫下CaPAO2CaPAO4过表达植株的表型及存活率

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