西北农林科技大学园艺学院
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葡萄种质资源与育种团队发现VvHDZ28 调控无核白葡萄种胚败育的分子机理

来源:   作者:李志谦 张婷 孙光丽   发布日期:2021-04-12     浏览次数:

     

葡萄是世界重要的经济果树,大粒优质无核是鲜食葡萄的主要育种目标。无核葡萄深受广大消费者的喜爱。葡萄种质资源中无核葡萄有两种类型,单性结实(不经过授粉受精发育成果实)和假单性结实(经过授粉受精,种胚发育过程中胚败育)。葡萄无核育种和生产中主要利用假单性结实胚败育类型,如无核白葡萄(Thompson Seedless)。然而,无核葡萄胚败育形成的分子机理尚不明确。

近日,植物学权威期刊Plant Biotechnology Journal在线发表了我院葡萄种质资源与育种团队题为《VvHDZ28 positively regulate SA biosynthesis during seed abortion in Thompson Seedless》的研究论文。

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本研究以假单性结实无核葡萄无核白和有核葡萄黑比诺为材料,在葡萄授粉受精后20、30、40和50天分别取样,进行组织学分析。确定无核白葡萄种胚发育30~40天为败育关键时期(图1)。

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1 无核白和黑比诺果实、胚珠发育20304050天形态和组织学分析

通过无核白和黑比诺葡萄胚珠发育不同时间转录组测序分析,获得6442个差异表达的基因。其中,无核白葡萄胚珠SA合成途径关键基因VvEDS1和VvSARD1的表达明显较高;与有核黑比诺葡萄相比,无核白葡萄胚珠中内源SA含量高5倍以上(图2)。进一步研究发现有核黑比诺葡萄SARD1和EDS1启动子区域的H3K27me3甲基化修饰抑制VvEDS1和VvSARD1基因的表达和黑比诺葡萄胚珠SA低含量相关。

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2 无核白和黑比诺葡萄胚珠中内源激素含量及激素共表达基因分析

作者进一步研究发现VvHDZ28 只结合VvEDS1基因启动子区域,正调控VvEDS1基因的表达。VvHDZ28 在番茄中过表达导致番茄植株、果实SA含量增加,番茄果实出现无籽表型(图3)。

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3 VvHDZ28过表达对番茄无籽果实发育和内源SA含量的影响

综上所述,本研究通过无核白葡萄胚珠发育组织形态、转录组、组蛋白修饰以及转基因功能分析,揭示了假单性结实无核白葡萄种胚败育与SA合成的关系以及VvHDZ28的反馈调节在无核葡萄形成中的潜在作用。该研究为今后假单性结实种子败育型葡萄遗传改良提供了重要理论依据。

我院毕业博士生李志谦、焦韵桐和硕士张晨为该文共同第一作者,徐炎教授和王跃进教授为该研究的共同通讯作者。该项目研究受到了国家重点研发计划(2018YFD1000307),国家现代农业产业技术体系(CARS-30-yz-7)和旱区作物逆境生物学国家重点实验室开放课题(CSBAAKF2018004)资助。

原文链接网址:https://doi.org/10.1111/pbi.13596


编辑:张婷     终审:徐凌飞