近日，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院果樹生物技術(shù)與遺傳改良王彩虹/鄭曉東團(tuán)隊(duì)在The Plant Cell期刊上發(fā)表題為“Chilling-responsive strigolactone signaling orchestrates bud break and chilling tolerance in apple”的研究論文。青島農(nóng)業(yè)大學(xué)和貴州大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生張勇、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生朱玉慶、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院青年教師王嬋玉和青島市農(nóng)科院葛紅娟研究員為論文共同第一作者，北京林業(yè)大學(xué)孟冬教授、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)丁楊林教授、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)王彩虹教授和鄭曉東教授為論文共同通訊作者。青島農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一完成單位。

本研究揭示了獨(dú)腳金內(nèi)酯（SLs）信號(hào)通路中的核心轉(zhuǎn)錄抑制因子MdDWARF53，作為蘋果芽萌發(fā)過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)境適應(yīng)性樞紐，能夠根據(jù)不同低溫積累條件（不足、適宜或過量），動(dòng)態(tài)調(diào)控“促進(jìn)芽萌發(fā)”與“增強(qiáng)耐冷性”之間的轉(zhuǎn)換，從而確保芽在適時(shí)萌發(fā)的同時(shí)有效避免低溫傷害。

研究團(tuán)隊(duì)以‘富士’，‘嘎啦’和‘金帥’等主栽蘋果品種為材料，系統(tǒng)研究了低溫積累不足（ICR）、低溫積累適宜（CR）、低溫積累過量（ECR）對(duì)芽萌發(fā)的影響。在ICR條件下，枝條上的葉芽幾乎不萌發(fā)；在CR條件下，葉芽正常萌發(fā)；在ECR條件下，葉芽雖能萌發(fā)，但其萌發(fā)潛力顯著弱于CR。這表明低溫的積累是芽萌發(fā)所必需的，且低溫積累處于適宜范圍時(shí)有助于獲得較好的萌芽表現(xiàn)；而當(dāng)?shù)蜏胤e累過量時(shí)，芽優(yōu)先維持自身基本生理功能，待條件適宜時(shí)再啟動(dòng)萌發(fā)。

為了探究其內(nèi)在機(jī)制，本研究對(duì)不同低溫時(shí)長處理下的芽進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組、蛋白組及磷酸化組學(xué)聯(lián)合分析，篩選出SLs信號(hào)通路中的核心轉(zhuǎn)錄抑制因子MdD53，并解析了MdD53整合芽萌發(fā)與耐冷信號(hào)的分子機(jī)制。從ICR向CR轉(zhuǎn)變過程中，MdD53受MdCBF4與MdTCP14共同激活而上調(diào)表達(dá)。MdD53積累至一定水平后，通過調(diào)控下游基因促進(jìn)芽萌發(fā)。在低溫積累的初期，SLs水平響應(yīng)性上升，基礎(chǔ)性地增強(qiáng)了冷適應(yīng)能力。而當(dāng)需冷量滿足后，若低溫環(huán)境繼續(xù)存在（從CR進(jìn)入ECR），此時(shí)芽若繼續(xù)萌發(fā)將面臨低溫傷害風(fēng)險(xiǎn)。為應(yīng)對(duì)這一不利條件，SLs水平迅速上升，加速M(fèi)dD53降解，從而暫停芽萌發(fā)。MdD53降解進(jìn)一步削弱了其與MdICE1的互作。同時(shí)，MdMEK5對(duì)MdICE1的磷酸化水平也相應(yīng)增強(qiáng)，進(jìn)一步抑制了MdD53與MdICE1的結(jié)合，釋放MdICE1，使其激活下游耐冷基因MdCBF1/3的表達(dá)。由此，芽的萌發(fā)被有效暫停，耐冷響應(yīng)被顯著增強(qiáng)，從而保存了芽的生存能力，使其在環(huán)境適宜時(shí)能夠再啟動(dòng)萌發(fā)。

該研究明確了“SLs-MdD53”調(diào)控芽適時(shí)萌發(fā)的機(jī)制，即通過控制MdD53的蛋白豐度來驅(qū)動(dòng)芽在“萌發(fā)主導(dǎo)”與“耐冷主導(dǎo)”之間的轉(zhuǎn)化。這解釋了蘋果在不同緯度產(chǎn)區(qū)的適應(yīng)性差異，并為區(qū)域針對(duì)性育種提供了基因資源與策略。

SLs-MdD53通路在低溫積累過程中控制芽萌發(fā)與耐冷性的平衡