Plant Physiology | 浙江大学张天真团队鉴定了一个调控棉花叶片衰老的截短EIN3/EIL转录因子GhLYI

以下文章来源于植物生理PlantPhysiol ，作者PP

植物衰老是生长发育后期自然触发的一种细胞程序性死亡过程，作为衰老启动的关键部位叶片发生老化后，老叶中的养分会被运输到新生组织器官中，这一循环利用的过程对植物在复杂多变环境中的生存和繁殖至关重要，影响着植物的适应性和生物产量。叶片衰老受到内外多因素的共同作用，其中植物激素乙烯是主要的促衰老激素之一，而EIN3/EIL是乙烯信号转导通路上的核心元件，对植物衰老起一定调控作用，但是在棉花中鲜有报道。

近日，浙江大学张天真教授带领的“棉花精准育种设计”团队在国际权威期刊Plant Physiology发表了题为“A Truncated EIN3/EIL, GhLYI, Regulates the Senescence Process in Cotton”的研究论文，揭示了棉花中一个新鉴定到的截短EIN3/EIL基因GhLYI依然参与乙烯信号转导通路并且通过激活衰老相关基因GhSAG20的转录活性正调控叶片的衰老进程。

本研究描述了一个来源于陆地棉D亚组染色体的基因GhLYI的功能。GhLYI在多铃数、高衣分的中棉12和少铃数、低衣分的陆地棉遗传标准系TM-1之间存在一个非同义的SNP突变。基因家族进化分析发现GhLYI是一个具有物种特异性的年轻基因，属于EIN3/EIL转录因子，编码蛋白长度缩短，亚细胞定位实验发现GhLYI不仅在细胞核中有表达，在细胞膜上也有表达，酵母自激活实验证实其没有转录自激活活性。异源过量表达GhLYI可以恢复ein3eil1突变体的乙烯不敏感表型，也可以使野生型拟南芥对乙烯的敏感性提高。

作者对陆地棉不同衰老时期的叶片进行qRT-PCR分析，发现随着衰老进程的推进GhLYI的表达水平逐步提高，并且过量表达GhLYI的转基因棉花出现早衰表型，具体变现为植株矮化，发育迟缓，叶片黄化，蕾铃数少且极易脱落。在拟南芥中异源表达GhLYI也会加速长日照，短日照和黑暗诱导处理下的叶片衰老。转录组分析揭示GhLYI可能通过参与光合作用和营养物质代谢影响植株叶片的衰老。CUT&Tag实验在全基因组范围内寻找GhLYI的结合位点，锁定衰老相关基因GhSAG20作为GhLYI的直接下游靶基因。酵母单杂（Y1H），凝胶迁移（EMSA）和双荧光酶素（LUC）实验证实GhLYI能够直接结合在GhSAG20的启动子区域并激活其表达，加快植物叶片的衰老。此外病毒介导的基因沉默（VIGS）实验发现沉默GhSAG20后的棉花叶片衰老发生延缓，初步验证了GhSAG20调控叶片衰老的功能。该研究揭示了乙烯基于GhLYI-GhSAG20转录级联参与调控棉花叶片衰老的分子机制，这个在进化上独特的截短EIL基因的发现为我们完善棉花叶片衰老调控模型提供了新视角，GhLYI同时也能够作为纽带连接起植株衰老和产量形成之间的关系，为我们利用分子生物学手段提高棉花产量贡献了新基因资源。

浙江大学农业与生物技术学院张天真教授为该论文的通讯作者，博士张雅瑶为论文第一作者。本研究得到了国家自然科学基金（32130075和32260179），浙江省领军型创新创业团队引进培育计划（2019R01002），中央高校基本科研业务费专项（226-2022-00100），中国博士后科学基金（2022M712813）的经费资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiad395

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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