中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 冷脅迫限制植物的生長(zhǎng)，發(fā)育和分布，是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的重要因素之一。維生素C（L-抗壞血酸，AsA）是一種抗氧化劑，能夠參與非生物應(yīng)激耐受和活性氧（ROS）代謝。探究低溫脅迫如何誘導(dǎo)維生素C生物合成以減少對(duì)植物的氧化損傷，對(duì)增強(qiáng)植物抗寒性、提高作物維生素C含量具有重要意義。

近日，中國(guó)科學(xué)院武漢植物園鐘彩虹研究團(tuán)隊(duì)在Plant Physiology期刊在線發(fā)表了題為“Kiwifruit bZIP transcription factor AcePosF21 elicits ascorbic acid biosynthesis during cold stress”的研究論文，發(fā)現(xiàn)了植物在冷脅迫下誘導(dǎo)維生素C生物合成以減輕寒冷對(duì)植物氧化損傷現(xiàn)象，闡明了獼猴桃通過(guò)AceMYB102-AcePosF21-AceGGP3分子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控維生素C合成以減緩冷損傷的分子機(jī)制。

圖1 不同進(jìn)化地位的植物（A）在冷脅迫下AsA濃度（B）的變化

研究團(tuán)隊(duì)分析發(fā)現(xiàn)，大部分單細(xì)胞到被子植物的葉、果等組織的維生素C含量在冷脅迫后短時(shí)間內(nèi)被誘導(dǎo)合成。利用高維生素C含量的獼猴桃為材料，成功發(fā)掘了一個(gè)bZIP家族的轉(zhuǎn)錄因子AcePosF21。該轉(zhuǎn)錄因子不僅能被低溫信號(hào)觸發(fā)，并對(duì)獼猴桃的維生素C生物合成和防御反應(yīng)具有重要的調(diào)控作用。利用病毒誘導(dǎo)的基因沉默和CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因編輯，證實(shí)了AcePosF21的缺失會(huì)降低了獼猴桃維生素C濃度，增加冷脅迫下的ROS的生成。此外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)AcePosF21能夠與R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子AceMYB102相互作用，促進(jìn)其與維生素C合成關(guān)鍵基因AceGGP3的啟動(dòng)子結(jié)合，并進(jìn)一步激活A(yù)ceGGP3基因的表達(dá)。AceGGP3基因的高表達(dá)能夠促進(jìn)維生素C的合成并清除冷脅迫誘導(dǎo)的過(guò)量ROS，最終減緩獼猴桃冷損傷。

圖2 AcePosF21正向緩解冷脅迫氧化損傷

通過(guò)本項(xiàng)研究，該團(tuán)隊(duì)證實(shí)了維生素C作為一種重要的抗氧化物質(zhì)，不僅能夠?yàn)槿祟愄峁┚S持健康所需的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且在植物中能夠響應(yīng)脅迫、參與抗寒等諸多生理過(guò)程，為獼猴桃的低溫抗性育種提供了基因資源和重要理論支撐。

圖3 AcePosF21介導(dǎo)的AsA生物合成和冷脅迫響應(yīng)的工作模型

中國(guó)科學(xué)院武漢植物園李大衛(wèi)研究員和鐘彩虹研究員為論文的通訊作者，助理研究員劉曉瑩為論文的第一作者，新西蘭植物與食品研究所Sean M. Bulley和Erika.Varkonyi-Gasic高級(jí)科學(xué)家對(duì)該研究做出了重要的貢獻(xiàn)。本研究還得到了辛海平研究員、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的劉繼紅教授和安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)的汪松虎教授的指導(dǎo)。中國(guó)科學(xué)院種子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)造先導(dǎo)專項(xiàng)、湖北省洪山實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目（2021HSZD017）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019YFD1000200）、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目和國(guó)家作物表型組學(xué)研究（神農(nóng)）基地項(xiàng)目為本項(xiàng)目提供了資助。