解析VlbZIP30促進(jìn)葡萄木質(zhì)素沉積及增強(qiáng)葡萄抗旱性的調(diào)控機(jī)理（2020.9.9園藝研究）

葡萄（Vitis vinifera）是世界上重要的水果作物之一，其果實以鮮食和葡萄干為主。它們也可以加工成為副產(chǎn)品，包括葡萄酒、烈酒、果醋或轉(zhuǎn)化為促進(jìn)人體健康的保健品。然而干旱脅迫嚴(yán)重影響了葡萄果實的品質(zhì)和產(chǎn)量。因此增加葡萄對干旱脅迫的抵抗力將成為產(chǎn)量穩(wěn)定性的重要因素。

bZIP基因家族是真核生物中分布最廣泛、最保守的一類蛋白。大量研究表明，bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族具有許多重要的生物學(xué)功能，尤其在增強(qiáng)植物抗旱性方面起著重要的作用。最近的報道表明，木質(zhì)素在保護(hù)植物免受干旱脅迫的過程中起著重要的作用，然而截止目前，bZIP基因具有調(diào)控植物木質(zhì)素的生物合成的功能還沒有被報道。

近日，Horticulture Research在線發(fā)表了西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院葡萄種質(zhì)資源與育種科研團(tuán)隊的題為Grapevine VlbZIP30 improves drought resistance by directly activating VvNAC17 and promoting lignin biosynthesis through the regulation of three peroxidase genes的研究論文。

在該研究中首次發(fā)現(xiàn)bZIP轉(zhuǎn)錄因子可以直接參與木質(zhì)素的生物合成并因此增強(qiáng)植物的抗旱性。該論文首先將VlbZIP30轉(zhuǎn)錄因子遺傳轉(zhuǎn)化到無核白葡萄中，并成功獲得了12個VlbZIP30過表達(dá)轉(zhuǎn)基因葡萄株系。研究發(fā)現(xiàn)在對照條件下，過表達(dá)VlbZIP30的轉(zhuǎn)基因葡萄植株在莖稈的表皮和次生木質(zhì)部表現(xiàn)出木質(zhì)素的顯著沉積（主要是G型和S型木質(zhì)素），這是由于VlbZIP30調(diào)控木質(zhì)素生物合成基因VvPRX4和VvPRX72的表達(dá)上調(diào)所致。同時研究還發(fā)現(xiàn)，在干旱條件下，VlbZIP30的過表達(dá)顯著增強(qiáng)了葡萄的抗旱性，具體表現(xiàn)為轉(zhuǎn)基因植株葉片的失水率降低，保持了有效的光合速率，以及增強(qiáng)木質(zhì)素的積累（主要是G型木質(zhì)素）。EMSA，雙熒光素酶活性分析和ChIP-qPCR實驗結(jié)果表明，VlbZIP30可以直接特異性結(jié)合木質(zhì)素生物合成基因（VvPRX N1）和干旱響應(yīng)基因（VvNAC17）的啟動子中的G-box順式作用元件，以激活其表達(dá)，最終賦予轉(zhuǎn)基因葡萄的耐旱性。

綜上，該研究結(jié)果表明VlbZIP30通過激活木質(zhì)素生物合成基因的表達(dá)并增加木質(zhì)素沉積以及激活干旱脅迫基因的表達(dá)來共同促進(jìn)抗旱性的增強(qiáng)。該研究報道了一種bZIP家族基因（VlbZIP30）介導(dǎo)的調(diào)控葡萄木質(zhì)素生物合成和抗旱性的作用機(jī)制。這項研究結(jié)果可能對利用分子育種手段培育具有抗旱性的水果作物有一定的價值。

西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院博士生涂明星為該文第一作者，博士生王現(xiàn)行為共同第一作者，王西平教授為該文通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（31572110和U1903107）和葡萄種質(zhì)資源與育種創(chuàng)新研究計劃（2013KCT-25）的資助。