近日，西北农林科技大学园艺学院苹果抗逆与品质改良创新团队马锋旺教授/毛柯副研究员课题组联合新疆农科院园艺研究所王继勋研究员课题组在Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“MdNAC104 positively regulates apple cold tolerance via CBF-dependent and CBF-independent pathways”的研究论文，揭示了MdNAC104通过促进CBFs基因表达、抗氧化酶活性和花青苷积累等多个途径协同增强苹果耐寒性的分子机制。
近年来，我国苹果种植区遭遇冬季极端低温和春季倒春寒天气愈发频繁，低温成为限制苹果产业发展的主要环境因子之一。从生理和分子水平探究植物响应低温胁迫机制，能够为苹果耐寒分子设计育种提供理论依据和基因资源，对苹果产业可持续发展具有重要意义。NAC（NAM, ATAF1/2 and CUC2）转录因子广泛参与植物的生长发育和非生物胁迫响应过程。目前，尽管一些NAC家族成员被鉴定参与植物的低温胁迫响应，但相关报道主要集中在模式植物中，果树中的研究很少且不清楚。
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该研究发现MdNAC104过表达显著增强转基因苹果植株的耐寒性。通过转录调控分析、启动子结合鉴定等试验证明MdNAC104能直接结合MdCBF1、MdCBF3启动子并促进它们的表达，从而增强苹果植株的耐寒性。另一方面，通过转录组及代谢组联合分析，发现低温下MdNAC104过表达植株花青苷合成通路中的多个关键基因的表达显著上调，相关代谢物积累水平也显著提高。另外，MdNAC104过表达植株中的多个抗氧化酶（SOD，POD）编码基因的表达也显著上调。通过启动子结合、转录调控分析等试验，发现MdNAC104能结合花青苷合成关键基因MdCHS-b、MdCHI-a、MdF3H-a和MdANS-b的启动子，以及抗氧化酶编码基因MdFSD2和MdPRXR1.1的启动子，从而直接激活它们的表达，促进低温下花青苷的积累和抗氧化酶活性的提高，增强转基因植株耐寒性。
综上，该研究明确了MdNAC104正调控苹果植株耐寒性的生物学功能，并解析了MdNAC104响应低温过程中促进CBFs基因、花青苷合成基因及抗氧化酶编码基因的表达，从而通过CBF依赖及不依赖的多个途径协同增强苹果植株耐寒性的分子机理。
西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室/园艺学院马锋旺教授、毛柯副研究员和新疆农科院园艺研究所王继勋研究员为本文的通讯作者，博士研究生梅闯和杨洁为共同第一作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和国家苹果产业技术体系专项资金的资助。研究还得到了园艺学院园艺科学研究中心在实验技术上的支持。
文章链接：http://doi.org/10.1111/pbi.14112
日期：2023-08-09
