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北京市农林科学院揭示NAC转录因子调控西瓜果实糖代谢的分子机制

信息来源:Horticulture Research  发布时间: 2021-10-25   点击数:保护视力色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)

西瓜(Citrullus lanatus)是世界十大水果之一。西瓜果实含糖量是衡量西瓜果实品质的重要指标。西瓜果实中的糖分主要是蔗糖,葡萄糖和果糖,而蔗糖含量决定了西瓜果实含糖量的高低(Liu et al., 2013)。前期研究结果表明,invertase转化酶可以促进蔗糖的快速分解(Manoochehri et al., 2020),是蔗糖代谢中的重要功能基因,但其被调控的分子机制并不十分清楚。

近日,Horticulture Research在线发表了北京市农林科学院蔬菜研究所题为The NAC transcriptionfactor ClNAC68 positively regulates sugar content and seed development inwatermelon by repressing ClINV and ClGH3.6的研究论文。该研究揭示了NAC转录因子ClNAC68介导细胞壁转化酶基因调控果实含量糖量,并介导生长素信号关键因子ClGH3.6调控种子发育的分子机制,为解析西瓜果实糖代谢及种子发育的调控网络奠定分子基础。

NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)转录因子在果实成熟和品质中起重要作用。西瓜基因组编码80个NAC基因,其中21个NAC基因在果肉和维管组织中高量表达。在这些基因中,ClNAC68在果肉中的表达显著高于果皮(Lv et al., 2016)。然而,ClNAC68在果实成熟和品质方面的内在调控机制尚不清楚。在这项研究中,研究者发现ClNAC68是一个转录抑制子。CRISPR-Cas9系统敲除ClNAC68可降低突变体果肉中的可溶性固形物含量和蔗糖积累。转录组分析发现,在突变体果肉中,共有501个差异基因,主要聚类在糖代谢相关途径。其中,只有蔗糖代谢途径上的关键基因转化酶基因ClINV在突变体果肉中上调。EMSA和双萤光素酶分析表明,ClNAC68直接与ClINV的启动子结合,并抑制其表达。该研究首次阐明了ClNAC68通过抑制invertase酶活性,进而提高果肉中糖的积累,进一步丰富了NAC转录因子调控西瓜西瓜果实糖代谢的分子机制。

Figure 2. Knockout of ClNAC68 decreased sugar accumulation