Plant Physiology | 华中农业大学胡春根教授课题组揭示了乙烯生物合成酶基因调控柑橘株高的新机制

矮化是一种重要的农艺性状，对作物产量、抗倒伏和种植密度均有显著影响。在果树栽培中，矮化已经成为了一种趋势。矮化果树具有结果早、易于管理、生产成本低等多方面的趋势，是现代化果园管理技术水平实现跨越提升的主要特征和重要标志。然而果树矮化机制的研究与一年生植物相比，由于其自身生长特性及遗传背景复杂等原因，一直处于探索阶段。在植物的生长发育过程中，乙烯对于植物种子的萌发，雌雄花的转变等性状有着重要的影响。然而，乙烯在调节植物株高方面的研究鲜有报道。

近日，华中农业大学胡春根教授课题组在Plant Physiology上发表了题为“Citrus ACC synthase CiACS4 regulates plant height by inhibiting gibberellin biosynthesis”（https://doi.org/10.1093/plphys/kiad159）的研究论文，揭示了柑橘乙烯生物合成酶基因CiACS4通过抑制赤霉素生物合成调控株高的新机制。         

本研究基于前期柑橘枝梢发育的转录组分离到一个控制乙烯生物合成的1-氨基环丙烷-1-羧酸合酶（ACC）基因（CiACS4）。该基因在柑橘中超表达导致转基因植物矮化，增加了转基因植物的乙烯释放量，同时降低了体内的赤霉素含量。干涉的转基因柑橘具有相反的表型和激素含量。进一步研究发现CiACS4可以与一个乙烯响应因子（CiERF3）结合形成CiACS4-CiERF3复合物，然后复合物结合到柑橘GA20氧化酶基因CiGA20ox1和CiGA20ox2的启动子上抑制它们的表达导致植物体内的赤霉素含量降低。此外，利用酵母单杂交分离到另一个ERF类的转录因子（CiERF023），该转录因子可以结合到CiACS4的启动子上促进其表达。CiERF023的转基因烟草也呈现了矮化的表型。外源激素处理发现，CiACS4、CiERF3和CiERF023的表达受到GA3的抑制和ACC诱导。基于上述结果，我们推测在CiACS4调控柑橘株高过程中，CiERF023启动CiACS4的表达，然后CiACS4蛋白与CiERF3形成复合物调控赤霉素关键合成酶基因CiGA20ox1和CiGA20ox2表达进而调节植物体内的赤霉素水平来实现对株高的调控。本文主要发现了ACS基因在柑橘株高调控中的重要作用，为解析ACS家族基因在植物生长发育中的调控提供了新见解，同时也为培育矮化柑橘品种和优良矮化砧木提供了理论基础。

华中农业大学园艺林学学院在读博士研究生楚乐乐为本文第一作者，张金智教授为本文的通讯作者，胡春根教授对实验进行了全程指导。本研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的资助。            

论文链接：

https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiad159/7076680

本文转载自植物科学最前沿

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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