刘继红教授团队揭示PtrERF9-PtrGSTU17/PtrACS1模块调控柑橘耐寒性的分子机制学术资讯

2021年9月12日，华中农业大学园艺林学学院柑橘逆境生物学与栽培团队在植物学权威期刊《Plant Biotechnology Journal》在线发表了题为“ERF9 of Poncirus trifoliata (L.) Raf. undergoes feedback regulation by ethylene and modulates cold tolerance through regulating a glutathione S-transferase U17 gene”的研究论文。

低温胁迫是限制柑橘生长和生产的主要挑战之一。植物在面对外界环境刺激时，体内会诱发一系列的分子调节机制应对冻害胁迫。其中，激素信号和转录调控在植物低温应答中占据重要地位，对柑橘抗寒关键转录因子的挖掘和作用机制解析，可以丰富低温调控网络，为柑橘抗寒遗传改良和创新育种提供优质基因资源。

乙烯是一种重要的激素，在植物非生物胁迫应答中占据重要地位，但其在柑橘低温胁迫应答中的作用尚未可知。该团队研究结果显示施加乙烯前体ACC及其前体抑制剂AVG可分别增强和减弱柑橘砧木枳耐寒能力，表明乙烯正向调控枳抗寒性。进一步研究发现乙烯响应转录因子PtrERF9可受乙烯和低温诱导，AVG处理可削弱其低温下的表达量，表明PtrERF9低温响应依赖于乙烯调控通路（图1）。

图1 乙烯增强枳耐寒性且PtrERF9冷胁迫诱导表达依赖乙烯信号通路

利用遗传转化方法，在烟草、柠檬中超表达PtrERF9可增强植物抗寒性，而干涉该基因则使枳对低温更敏感（图2），表明该转录因子是低温胁迫耐受性的正调控因子。

图2沉默PtrERF9基因降低枳耐寒性

分子机制研究表明PtrERF9通过调控下游靶基因谷胱甘肽S-转移酶PtrGSTU17和植物体内ROS稳态，从而在枳抗寒过程中发挥作用。此外研究还发现该转录因子可靶向调节枳中ACC合成酶基因PtrACS1，进而增加冷胁迫下乙烯生物合成，形成正向反馈调节环，而低温敏感品种柠檬中不存在该反馈调节途径。以上研究中，ERF9-GSTU17模块揭示了植物GST酶响应低温的分子机制和转录调节网络，PtrERF9-PtrACS1模块为低温胁迫中乙烯生物合成的转录机制提供了新的见解，为阐明柑橘不同抗性资源低温应答差异的分子机制和培育抗寒优质新品种奠定了基础（图3）。