苜蓿是最重要的多年生優質豆科牧草,被譽為“牧草之王”,倒春寒及其随後發生的病害對紫花苜蓿生産造成嚴重危害。挖掘耐寒、抗病基因,提高苜蓿耐寒、抗病性,對于苜蓿生産非常重要。近日,bat365中文官方网站登录入口郭振飛教授團隊在Plant Physiology發表題為“Jasmonate biosynthesis enzyme allene oxide cyclase 2 mediates cold tolerance and pathogen resistance”(茉莉酸生物合成關鍵酶AOC2介導耐寒和抗病性),揭示了MfAOC2調控JA生成,介導苜蓿耐寒和抗病性的分子機制。
該研究團隊發現低溫和病原菌誘導黃花苜蓿和蒺藜苜蓿AOC2的表達,過表達黃花苜蓿MfAOC2的轉基因蒺藜苜蓿提高耐寒、抗病性,蒺藜苜蓿同源基因MtAOC2的Tnt1插入突變體mtaoc2降低了耐寒、抗病性,表達MfAOC2能恢複mtaoc2的耐寒性和抗病性。進一步研究發現,這些遺傳材料的表型與JA密切相關。低溫下或接種病原菌後過表達MfAOC2的JA含量及JA信号通路下遊基因表達水平提高,低溫響應CBF途徑基因表達水平、抗氧化酶活性和脯氨酸含量提高,而突變體JA含量及JA信号通路下遊基因表達水平低于野生型,低溫響應CBF途徑基因表達水平、抗氧化酶活性和脯氨酸含量也低于野生型。外源MeJA處理能恢複mtaoc2突變體的耐寒性和抗病性,JA信号通路下遊基因表達水平、低溫響應CBF途徑基因表達水平、抗氧化酶活性和脯氨酸含量都提高,表明AOC2調控耐寒、抗病性與JA有關。綜上所述,該研究揭示了MfAOC2和MtAOC2表達調控JA生物合成及其信号轉導途徑,調節CBF途徑、抗氧化防禦系統和脯氨酸合成,進而提高苜蓿耐寒、抗病性。AOC2基因同時調控耐寒和抗病性,值得進一步在苜蓿分子育種中應用。
圖1 苜蓿AOC2基因調控耐寒和抗病性的模式圖
bat365中文官方网站登录入口博士研究生楊蕾為第一作者,已畢業博士生孫啟國(現在江蘇農林職業學院園藝學院)為共同第一作者,bat365中文官方网站登录入口楊波副教授與郭振飛教授為論文共同通訊作者,副教授朱海鳳、青年研究員耿博豪、研究生石佳、孫豔梅和楊乾等參與該研究。該研究獲國家自然科學基金重點項目(31971766)資助。
論文鍊接:https://academic.oup.com/plphys/article-abstract/193/2/1621/7216799?utm_source=etoc&utm_campaign=plphys&utm_medium=email