Hortic Res | 宁夏农林科学院枸杞种质资源遗传改良团队阐明ERF5.1调控枸杞类胡萝卜素积累分子机制

枸杞（Lycium L.）是我国重要的药食两用植物资源，其果实富含丰富的类胡萝卜素，且具有较高的营养价值和保健功能；同时，枸杞具有较强的耐盐性和抗寒性，是一种经济效益高、用途广的区域性特色经济作物。目前，我国已成为世界上枸杞人工种植面积最大的国家，而枸杞产业已是西部地区绿色经济发展和农民脱贫致富的朝阳产业。宁夏作为枸杞的发源地和原产地，已有600多年种植栽培历史，尤其是宁夏枸杞（Lycium barbarum L.）是唯一入药的枸杞属植物，然而，类胡萝卜素作为枸杞子最重要功效物质之一，其分子调控机制至今尚未明确。

2023年11月，Horticuture Research在线发表了宁夏农林科学院枸杞科学研究所题为 ERF5.1 modulates carotenoid accumulation by interacting with CCD4.1 in Lycium 的研究论文。

本研究利用枸杞参考基因组中注释到18个CCDs基因，并发现LbCCD4.1的表达量与类胡萝卜素组分显著负相关；构建OE-LbCCD4.1过表达载体瞬转到枸杞叶片上，检测到转基因植株中β-胡萝卜素和β-隐黄质显著下降；进一步调取枸杞LbCCD4.1上游2000bp启动子序列，预测到该启动子区存在与转录因子ERF互作位点；随后分离出位于细胞核的ERF5.1，但由于宁夏枸杞 LbEFR5.1与黑果枸杞LrEFR5.1存在45氨基酸差异，过表达OE-ERF5.1转基因中，前者检测到β-胡萝卜素和β-隐黄质显著下降，而后者没有检测到这两种组分；在OE-LbEFR5.1过表达与VIGS-LbEFR5.1沉默的转基因中，能够诱导LbCCD4.1显著增高与降低，表明LbEFR5.1正向调控LbCCD4.1表达；酵母单杂交和双荧光素酶检测显示，ERF5.1与CCD4.1的启动子存在互作关系，且LbCCD4.1启动子上存在3个重要的结合位点，其中，△1位点是LbERF与LbCCD4.1启动子区域的核心结合位点。基于转录组测序分析了OE-LbCCD4.1和OE-LbERF5.1中类胡萝卜素的合成途径基因变化，GGPS、PSY、LCYE、CYP97A、CYP97C、ZEP 表达发生显著变化，而PDS、ZISO、ZDS、CriISO、LCYB和BCH的表达均未达到显著水平。本研究是在枸杞植物中首次发现ERF5.1和CCD4.1之间的相互作用，进而影响类胡萝卜素积累。这一发现丰富了类胡萝卜素积累的分子机制，也有助于高类胡萝卜素含量枸杞的育种研究。

图1  LbCCD4.1的序列分析和功能验证

图2 枸杞ERF5.1与CCD4.1间的相互作用分析

宁夏农林科学院枸杞科学研究所赵建华研究员为第一作者兼通讯作者，安巍研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（32060359）、宁夏自然基金创新群体项目（2021AAC01001）、宁夏重点研发项目（2021BEF02002，2022BBF01001）等项目的资助。

作者团队介绍

课题组长期从事枸杞遗传资源保护和功能基因组学研究，建成遗传资源种类与数量最多国家枸杞种质资源圃，先后承担国家重点研发、国家自然基金（重点基金1项）、宁夏重点研发等研究项目20余项，在Plant Biotechnology Journal、Horticulture Research、Food Chemistry等国际主流期刊发表SCI论文20余篇。研究成果先后获国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步一等奖2项、二等奖3项。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhad230

转自：“园艺研究”微信公众号

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