应用生物育种技术 释放作物生物潜能
Applying biological breeding techniques to unleash the biological potential of crops
关于未米
Plant Physiology丨未米生物联合吕培涛教授团队揭示香蕉果皮低温褐变形成的调控机制
2024-06-28
未米生物联合福建农林大学吕培涛课题组在Plant Physiology在线发表了题为 “Low-temperature-induced regulatory network rewiring via WRKY regulators during banana peel browning” 的研究论文。系统地描述了香蕉皮在低温作用下染色质可及性、组蛋白修饰、远端顺式调节元件、转录因子结合和基因表达水平的变化，这些上调的基因在其启动子和/或活性增强子中富集了WRKY结合位点。揭示了WRKY转录因子为核心的重编程网络参与香蕉果皮低温褐变形成的调控机制。
福建农林大学吕培涛教授为该论文的通讯作者。福建农林大学博士研究生朱文俊，李华和美国西奈山伊坎医学院博士后董鹏飞为该论文的共同第一作者。福建农林大学陈倬副教授，未米生物科技有限公司钱杨文博士等也参与了此项研究。
研究背景：
香蕉（Musa spp.）果实作为典型的热带水果，对寒冷敏感，较低的温度会破坏细胞的区域化，导致严重的褐变。与模式植物的低温响应机制相比，热带水果对低温的反应机制尚不清楚。本研究以香蕉果实为热带水果的代表，应用多组学方法研究寒冷诱导的转录因子如何通过香蕉皮染色质可及性和组蛋白修饰调控基因表达。
研究结果：
该研究首先检测低温胁迫下香蕉果皮的染色质状态和基因表达变化，建立了低温下DNasei超敏位点（DHSs）的全基因组图谱，并确定了参与BRGs表达的远端增强子。包括上调的基因在其启动子和/或活性增强子中富集了WRKY结合位点。与室温下的香蕉皮相比，大量的香蕉WRKYs是由低温和介导的增强子-启动子相互作用特异性诱导的，调节关键的褐变途径，包括磷脂降解、氧化和耐寒性（图1）。
图1 香蕉果皮对低温响应的基因表达分析
同时，WRKY转录因子识别的结合位点富集于上调基因的可达染色质区域，多个WRKY家族基因在低温处理后获得高水平特异性表达。该研究结果阐明了低温环境下香蕉果皮褐变过程中WRKY转录因子介导的转录重编程（图2），为研究香蕉等热带植物响应低温胁迫的转录调控机制提出了新的研究途径。
图2 低温褐变相关相互作用网络的动态及模型
最后，我们重建了调控网络，强调了WRKY TFs作为响应香蕉皮低温和褐变形成的核心模块，我们对香蕉冷相关功能元件的全面注释，将为基于耐寒香蕉基因组编辑的育种设计提供深刻的思路。
本研究旨在通过系统性研究揭示香蕉果皮在低温条件下的基因调控网络变化，为改善热带植物对低温胁迫的耐受性提供潜在靶点。
