不结球白菜起源于中国,含有丰富的维生素等营养成分。干旱是一种常见的逆境,降低植物体内水分含量,增多植物体内ROS含量,累积ABA,但干旱与ABA和抗坏血酸之间的调控机制还不清楚。
千亿官网国际平台李英教授团队前期发现一个含有C2结构域的基因,BcSRC2,与拟南芥AtSRC2基因高度同源,定位在细胞核和细胞质中。BcSRC2的基因表达量受ABA和10%PEG的诱导后上调。干旱胁迫下,不结球白菜BcSRC2沉默植株表现出不耐受,体内ROS含量显著上升,含水量和抗坏血酸含量显著下降,AsA-GSH循环途径关键酶APX酶活性显著升高。不结球白菜BcSRC2过表达植株中,AsA-GSH循环途径酶活性和物质含量受到影响。利用RNA-seq分析发现,不结球白菜BcSRC2过表达植株中APX4基因的表达趋势与APX酶活性表现出一致性。因此,推测BcSRC2可能会通过影响BcAPX4来影响APX酶活性,进而影响抗坏血酸含量。Y2H、BiFC、LCI和Co-IP等实验证实BcSRC2与BcAPX4蛋白互作,BcSRC2会抑制BcAPX4的酶活性。通过VIGS沉默体系证明了在不结球白菜中沉默BcAPX4,沉默植株的抗旱性增强。表明,BcSRC2通过与BcAPX4互作,抑制APX酶活,提高抗坏血酸含量,增强不结球白菜抗旱性。
同时,干旱下不结球白菜BcSRC2沉默植株中ABA含量累积显著高于对照植株。本源物种过表达以及沉默表型试验进一步证实了BcSRC2对ABA敏感。通过分析BcSRC2启动子元件,获得一个ABA负响应因子BcMYB30。表达模块分析发现ABA和PEG处理下,BcMYB30的表达量显著下降。Y1H、LUC、EMSA和Chip-qPCR等试验证实BcMYB30结合BcSRC2的启动子,抑制BcSRC2的转录。
基于以上研究,提出了不结球白菜中抗坏血酸响应ABA信号和干旱胁迫的分子机制。当干旱和ABA来临时,BcMYB30受到抑制,对BcSRC2的转录抑制作用被打破。BcSRC2通过与BcAPX4互作,加强对APX酶活的抑制作用,抗坏血酸含量得到累积,进而抵御干旱胁迫。
BcSRC2通过增加不结球白菜中AsA含量从而增强对ABA介导的干旱胁迫抗性的工作模型
千亿官网国际平台李英教授为该论文的通讯作者,博士生虞章红(现工作单位为河北省农林科学院经济作物研究所)为本论文第一作者,博士生陈晓山,陈忠文,王海宾,Sayyed Hamad Ahmad Shah,柏艾梅,肖栋博士,刘同坤教授和侯喜林教授参与了相关研究。本项目受到国家自然科学基金(31872106),江苏省种业振兴工程[JBGS (2021)015]和国家蔬菜产业技术体系(CARS-23-A-16)的资助。