西北农林团队揭示MsERF17在干旱条件下诱导海棠花青苷生物合成的分子机制

近日，风景园林艺术学院李厚华教授团队在 Plant, Cell & Environment在线发表了题为“ MsERF17 promotes ethylene-induced anthocyanin biosynthesis under drought conditions in Malus spectabilis leaves”的研究论文， 揭示了乙烯诱导的MsERF17在干旱条件下通过调控MsbHLH3和MsF3'H的表达来促进‘海棠花’ 叶片中花青素的积累。

本研究发现在PEG-8000模拟干旱条件下, ‘海棠花’ 的叶片会从绿色变为红色，并伴随着花青苷含量的增加（图1a-f）。采用HPLC-DAD测定了不同浓度PEG-8000处理下叶片中的花青素和相关化合物的含量（图1g）。结果表明，矢车菊素-3,5-葡萄糖苷和矢车菊苷-3-O-半乳糖苷是干旱条件下叶片颜色加深的主要呈色物质。随着干旱程度的增加，红叶中的乙烯含量呈线性升高，利用LC-MS测定叶片中的乙烯含量，结果显示，在10%PEG-8000 （10%PEG="8.23" ng/mL）处理后的叶片中乙烯含量显著上升（图1h），并与花青素的积累一致。此外，外源喷施乙烯使叶片逐渐变红，且花青素含量显著增加（图1i，j）。相比之下，乙烯抑制剂（1-MCP）处理后并没有使叶色有显著变化。说明乙烯能诱导花青素生物合成。总之，干旱条件下叶片从绿色变为红色主要是由花青素引起的，且乙烯的产生促进了叶片中花青素的积累。

通过对不同干旱条件下海棠花叶片中花青苷含量、激素水平、基因表达差异分析，锁定了一个在干旱胁迫下高表达的乙烯响应因子-MsERF17；在‘海棠花’ 叶片、苹果果皮中进行瞬时过表达及苹果愈伤中稳定转化实验，证实了该基因可以促进植物体内花青苷的合成；利用酵母单杂交、双荧光素酶和GUS组织染色等试验证明了MsERF17通过与花青苷合成调控基因MsbHLH3和结构基因MsF3'H的启动子结合并激活其表达来促进花青苷合成（图2）。综上所述，该研究揭示了干旱胁迫诱导了花青苷生物合成的分子调控网络，为解释非生物胁迫诱导花青苷生物合成提供了理论支持。

李厚华教授团队多年来主要以苹果属海棠为研究对象，从事植物种质资源收集、新品种选育、花果呈色机理和抗逆胁迫机理等研究。硕士生许亚平和博士生刘一心为共同第一作者，李厚华教授为通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金项目、中央高校基本科研业务费专项资金等课题的支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1111/pce.15271

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