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南京农业大学:苹果β-淀粉 酶基因家族新成员MdBAM17正调控淀粉降解加入ALA诱导的气孔开放

2024-09-15  来自: 南京凯发k8生物科技有限公司 浏览次数:6

克日 ,Horticultural Plant Journal在线揭晓了南京农业大学园艺学院汪良驹教授团队题为“MdBAM17, a novel member of the β-amylase gene family, positively regulates starch degradation in ALA-induced stomatal opening in apple (Malus × domestica) (苹果β-淀粉梅基因家族新成员MdBAM17正调控淀粉降解加入ALA诱导的气孔开放)”的研究论文。

研究配景淀粉作为植物光合碳同化的主要产品 ,对气孔周期性昼夜开闭历程具有主要调理作用。(BAM)作为淀粉降解的要害酶类 ,已被证实能够增进淀粉的快速降解 ,促使气孔开启。然而 ,除拟南芥外 ,其他高等植物BAM的功效及其调控机制还相识甚少。

5-氨基乙酰丙酸(ALA)是一种主要的植物生长调理物质 ,其改善植物光合碳牢靠能力与其调控气孔运动亲近相关。本团队的研究已经证实 ,ALA能够逆转ABA引起的气孔关闭 ,从而增进逆境中气孔开放 ,增强光合固碳和农业增产增效。可是 ,人们对顺境下ALA怎样增进气孔开放的作用机理缺乏相识。此前多项研究指出 ,ALA加入植物淀粉代谢调控。据此推测 ,ALA调控的气孔运动可能与淀粉降解相关。


研究问题


在正常生长条件下 ,探讨ALA对苹果叶片气孔运动的调理作用 ,剖析其与守卫细胞淀粉代谢之间的相互关系及其潜在的作用机理。


研究效果


(1)在一样平常的昼夜节律中 ,外源ALA处置惩罚能够增进光照后叶片气孔迅速开放 ,增大气孔开度。这种效应能够一连6-9 h(Fig.1, A, D)。使用mPS-PI和I2-KI两种要领染色以及(BAM)活性检测效果批注 ,ALA增进苹果叶片守卫细胞淀粉含量下降(Fig.1, B, C, E) ,同时增进下表皮BAM活性上升(Fig.1, F)。这批注ALA可能通过BAM介导守卫细胞淀粉降解进而加入气孔运动调理。

Fig.1 Dynamic changes of stomatal apertures, starch granules, and β-amylase activity within guard cells of apple leaves treated with ALA or not

汪良驹教授

(2)对苹果等10个蔷薇科物种BAM基因家族成员的进化守旧性剖析发明 ,苹果MdBAM17/20等同处于Group II-A分支上的13个BAM成员(除PbrBAM1b)与拟南芥AtBAM1高度守旧。由于AtBAM1加入守卫细胞淀粉降解历程 ,因而推测 ,MdBAM17/20可能具有类似生物学功效(Fig.3)。

Fig.3 The gene structure, conserved motif distribution, multiple sequence alignment, and collinear correlation of the AtBAM1 orthologous genes in ten species of Rosaceae

汪良驹教授

(3)基因表达模式及其与BAM活性、守卫细胞相对淀粉含量以及气孔开度的相关性剖析批注 ,MdBAM17在ALA调理的守卫细胞淀粉代谢和气孔运动历程中可能施展正调控作用(Fig.4)。亚细胞定位显示 ,MdBAM17与AtBAM1亚细胞定位效果一致 ,均位于叶绿体内(Fig.5, A)。组织特异性表达剖析显示 ,MdBAM17能够在守卫细胞中表达(Fig.5, B, C) ,且受ALA诱导(Fig.5, B-E)。

Fig.4 Relative expression of MdBAM17/20 in ALA-treated apple leaves and the correlation analysis between genes expression and β-amylase activity, relative starch amount, and stomatal apertures

Fig.5 MdBAM17 subcellular localization and effects of ALA on promoter activity of MdBAM17

汪良驹教授

(4)在苹果叶片中瞬时过表达(OE-)或默然表达(RNAi-)MdBAM17能够显著影响守卫细胞内淀粉含量、BAM活性以及气孔开度(Fig.6)。ALA对守卫细胞淀粉含量、BAM活性以及气孔开度的调理作用在OE-或RNAi-MdBAM17叶片中被响应的显著增强或削弱(Fig.6)。这些效果批注 ,MdBAM17是介导守卫细胞淀粉降解进而加入ALA调控苹果叶片气孔开放的要害基因。

Fig.6 OE- or RNAi-MdBAM17 and ALA treatment affect the

.汪良驹教授

(4)在苹果叶片中瞬时过表达(OE-)或默然表达(RNAi-)MdBAM17能够显著影响守卫细胞内淀粉含量、BAM活性以及气孔开度(Fig.6)。ALA对守卫细胞淀粉含量、BAM活性以及气孔开度的调理作用在OE-或RNAi-MdBAM17叶片中被响应的显著增强或削弱(Fig.6)。这些效果批注 ,MdBAM17是介导守卫细胞淀粉降解进而加入ALA调控苹果叶片气孔开放的要害基因。

汪良驹教授


(5)检测瞬时过表达(OE-)或默然表达(RNAi-)MdBAM17的苹果叶片黄酮醇和H2O2含量效果显示 ,MdBAM17表达量的多寡并不影响ALA对守卫细胞黄酮醇和H2O2含量的调控作用(Fig.7)。而外源H2O2处置惩罚显著限制BAM活性和守卫细胞淀粉降解 ,但ALA能够有用降低ROS含量 ,缓解这种抑制效果(Fig.S6)。这些效果批注 ,ALA经由MdBAM17增进淀粉降解进而调控气孔开放的机制处于守卫细胞活性氧(ROS)信号通路的下游。

由于ROS属于逆境或ABA信号调控通路 ,在顺境条件下 ,ROS含量很低 ,因而 ,植物叶片气孔开度主要由BAM/淀粉信号来调理。

汪良驹教授汪良驹教授
本研究探讨了ALA在非逆境(无ABA/ROS保存)下调控苹果叶片气孔运动的机理 ,展现了MdBAM17基因、BAM活性以及守卫细胞淀粉代谢介导气孔运动的分子机制 ,为正常生长发育条件下ALA增进叶片气孔开放与提高植物光合固碳能力提供了科学依据。


总部地点:南京市卫岗1号 电话:025-84395265  董事长:汪良驹  手机:13851564195

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