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科学家揭示康乃馨鲜切花采后保鲜机制

环球UG官网 科技 2021-10-12 08:19:44 17 0

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科技日报记者 刘志伟 通讯员 蒋朝常 许韩

10月8日记者从华中农业大学获悉,该校园艺林学学院张帆教授团队通过组学和分子生物学实验发掘并鉴定到一批参与乙烯诱导康乃馨鲜切花采后衰老过程的候选基因,深入解析了部分候选基因的功能,拓展了人们对乙烯调控康乃馨鲜切花采后衰老机制的理解,为培育货架期和瓶插期延长的康乃馨新品种奠定了关键的理论基础。该研究成果发表在国际学术期刊 《植物杂志》(The Plant Journal)上,张帆教授为本文通讯作者。

鲜切花是花卉的重要流通形式,在节日问候、情感表达和家庭园艺等人类活动中起着关键作用。由于鲜切花离开母体,水分和养料得不到有效供给,同时病原菌等有害物质滋生,使得鲜切花的货架期和瓶插期大大缩短。开发有效、快速、便捷且绿色环保的新型保鲜剂和保鲜技术已成为鲜切花产业链中亟待解决的瓶颈问题,这就需要针对鲜切花采后花瓣衰老的分子机制开展应用基础研究。前期研究表明,植物激素特别是乙烯在大多数重要鲜切花的采后花瓣衰老过程中起着关键的调控作用,但其具体的分子机制却并不十分清楚,这极大地限制了人们对乙烯调控鲜切花采后衰老过程的认识。

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康乃馨又名香石竹(Dianthus caryophyllus L.),是世界四大鲜切花之一,同时也是一种典型的乙烯敏感性切花,被认为是研究乙烯调控鲜切花采后衰老,特别是花瓣衰老的模式植物。过去几十年的研究明确了乙烯对康乃馨花瓣的衰老具有重要的调控作用,但其具体的分子调控机制却并不为人所知。

为了详细分析乙烯调控康乃馨鲜切花采后花瓣衰老的分子机制,本研究首先构建了乙烯处理不同时间的康乃馨花瓣衰老进程转录组并进行了系统分析。研究鉴定发现,WRKY家族转录因子DcWRKY75在康乃馨花瓣中能够快速响应乙烯并显著上调表达。通过VIGS技术瞬时沉默DcWRKY75能够明显延长康乃馨花瓣的衰老进程并抑制乙烯的生物合成,同时乙烯生物合成关键基因以及衰老相关基因的表达量明显下降(图1)。分子证据表明,DcWRKY75能够结合到乙烯生物合成关键基因以及衰老相关基因的启动子上并促进它们的表达。

进一步的分子实验表明,乙烯信号核心转录因子DcEIL3-1能够结合到DcWRKY75的启动子上并激活它的表达。瞬时沉默DcEIL3-1也能够明显延长康乃馨花瓣的衰老进程并抑制乙烯的生物合成,同时DcWRKY75及其靶基因的表达量也明显下调(图2)。研究同时发现,DcEIL3-1和DcWRKY75之间存在直接的相互作用,他们能够形成蛋白复合体来共同调控下游基因的表达。

该研究表明,DcEIL3-1-DcWRKY75转录复合体模块对于乙烯诱导的康乃馨鲜切花采后花瓣衰老过程起着关键的调控作用(图3)。这为培育货架期和瓶插期延长的康乃馨新品种奠定了关键的理论基础,同时对于其他重要观赏花卉和鲜切花的采后保鲜也具有重要的理论和实践意义。

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