离体百合小鳞茎的基因响应分析
2023-07-03 01:17:42 中国农业科学院蔬菜花卉研究所
近日，Horticultural Plant Journal在线发表了浙江大学夏宜平教授团队题为“Molecular cloning, characterization and promoter analysis of LbgCWIN1and its expression profiles in response to exogenous sucrose during in vitro bulblet initiation in lily”（离体百合小鳞茎发生过程中LbgCWIN1基因对外源蔗糖的表达模式响应及启动子分析）的研究论文。
(资料图片仅供参考)
百合 (Liliumspp.) 是百合科多年生球根花卉，在商业生产中主要使用鳞茎进行营养繁殖。巨球百合 (L. brownii var. giganteum，Lbg) 是原产于浙江省的百合种质，较其原种野百合 (L. brownii) 在自然状态下可产生更大的鳞茎 (直径10～12 cm) ，是研究百合鳞茎发生发育的优良材料。目前对于百合鳞茎发生发育的分子机制还亟待揭示。细胞壁转化酶 (cell wall invertase, CWIN) 可在质外体中将蔗糖水解为果糖和葡萄糖，是蔗糖卸载途径中的关键酶，并被报道可能参与如百合、石蒜等球根花卉的鳞茎发生早期阶段。
研究问题本研究中，我们克隆了巨球百合LbgCWIN1基因，并探究了该基因在离体小鳞茎发生过程中的表达模式及其对外源蔗糖的响应。此外，我们对该基因的启动子进行了元件分析及活性检测，为后续研究该基因的转录调控奠定基础。
研究结果（1）克隆得到了全长为2 928 bp的LbgCWIN1基因，包含7个外显子和6个内含子。系统发育分析显示LbgCWIN1与拟南芥AtCWIN2、AtCWIN4较为相似。亚细胞定位显示LbgCWIN1-GFP融合蛋白定位在细胞壁上。
图1 CWIN系统发育分析
（2）形态学观测表明，14 DAT时在未添加及添加30 g/L的培养基中鳞片基部均能产生小鳞茎。且在未添加外源蔗糖的培养基中，鳞片基部淀粉含量在8～14 DAT显著降低，说明该过程消耗了内源淀粉；而在添加30 g/L蔗糖的培养基中淀粉含量无显著变化。
图2 离体小鳞茎发生过程中鳞片形态学观测
（A1-D1）培养基未添加蔗糖；（A2-D2）培养基中添加30 g/L蔗糖
图3 离体小鳞茎发生过程中碳水化合物含量变化
（3）无外源蔗糖时，LbgCWIN1的表达量在8 DAT显著上调，这与内源淀粉分解时间点一致；而在添加外源蔗糖时，LbgCWIN1的表达量在0～14 DAT无显著变化。
图4 LbgCWIN1不同组织及阶段间表达模式分析
（4）通过染色体步移法得到2 527 bp LbgCWIN1基因启动子，GUS活性检测表明起始密码子ATG前1～459 bp的启动子片段具有最强的启动活性。元件分析表明该启动子具有α-淀粉酶响应、激素响应、光响应及胁迫响应元件。
图5 启动子5’端缺失片段构建及GUS活性检测
意义和创新性本研究表明巨球百合LbgCWIN1基因在离体小鳞茎发生过程中响应内源淀粉的降解过程，为后续深入研究百合鳞茎发生发育分子机制，进而提高鳞茎繁殖系数、增加种球产量奠定基础。
END作者及团队介绍浙江大学博士生高聪为该论文的第一作者，浙江理工大学吴昀副研究员和任梓铭副研究员为该文的通信作者。
基金介绍该研究获得国家自然科学基金（Nos. 32101571, 32002071）, 浙江省农业新品种重大专项花卉育种专项（2021C02071-6）的资助。
论文链接https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468014123001024
2022年“HPJ文章合集”
期刊简介
Horticultural Plant Journal是由中国园艺学会、中国农业科学院蔬菜花卉研究所、中国农业科学技术出版社有限公司主办的英文学术期刊。刊载关于园艺作物种质资源、遗传育种、栽培技术、生理生化、基因组学、生物技术、植物保护、采后处理与利用等原创性研究论文、研究简报及综述等。HPJ已被SCIE、Scopus、BA&BP、DOAJ、CAB Abstracts、Food Science and Technology Abstract等国内外多个重要数据库收录，论文在SD网络出版平台实现全文开放获取和在线预出版。2022年Web of Science最新影响因子5.7，园艺学科Q1区,植物学科Q1区。2022年中科院期刊分区（升级版）：在农林科学类位于1区，属于Top期刊；园艺学类位于1区，植物科学类位于2区。
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