全文重点:
2月9日,农历除夕,《科学》(Science)杂志以封面论文形式发表了华中农业大学邓秀新院士课题组研究成果。研究以柑橘油胞为新模式系统,揭示了分泌囊起始和发育的分子调控通路,为提升柑橘品质和增加甜橙、柠檬等精油产值提供重要理论基础。
下面是文献简要介绍:
来自编辑的总结:分泌腔是各种次生代谢物的储存库,如精油和化学物质,可以抵御病原体和食草动物。Wang(第一作者)等人描述了柑橘类植物分泌腔(油腺)发育的分子途径。
利用图位克隆和基因组编辑,作者确定了参与分泌腔发育的两个转录因子和叶形基因中增强基因激活的顺式调控元件。调控级联激活MYC5基因,该基因调控油腺鞘细胞分化和腔体形成。这项工作为了解精油的分泌腔发育和合成奠定了基础。—Ankit Walia
摘要总结:
分泌腔发育的分子基础尚不清楚。
在这里,我们揭示了柑橘油腺形成的分子机制。
油腺形成这一过程需要LATE MERISTEM IDENTITY1 (LMI1),这是叶片分形的关键调节因子。
LMI1启动子的一个保守的GCC盒元件招募DORNROSCHEN-like (DRNL) 进行转录激活。
DRNL-LMI1级联触发MYC5激活,促进油腺的发育和精油的生物合成。
机制解析:
在柑橘中,CsLMI1(LMI1)、CsDRNL(DRNL)和CsMYC5这三个基因之间存在一个调控网络,它们共同参与调控油腺的发育和精油的生物合成。根据文章内容,这个调控关系可以概括如下:
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CsLMI1:这个基因在油腺发育的早期阶段起到关键作用。CsLMI1编码的蛋白质是一个转录因子,它通过结合特定的DNA序列来调控下游基因的表达。在油腺发育过程中,CsLMI1可能促进了油腺的形成和早期发育。
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CsDRNL:CsDRNL基因编码的蛋白质也是一个转录因子,它在油腺发育的后期阶段发挥作用。CsDRNL可能参与调控与油腺成熟和精油合成相关的基因表达。在油腺发育过程中,CsDRNL可能与CsLMI1协同作用,共同促进油腺的完整发育。
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CsMYC5:CsMYC5基因在植物中通常与Jasmonate(茉莉酸)信号传导途径相关,这个途径在植物的生长发育、次生代谢和逆境响应中起着重要作用。在柑橘油腺发育中,CsMYC5可能参与调控与精油合成相关的基因表达,特别是在油腺发育的后期阶段。
这三个基因之间的调控关系可能是这样的:CsLMI1在油腺发育的早期阶段启动油腺的形成,随后CsDRNL在后期阶段进一步促进油腺的成熟和精油的合成。CsMYC5可能在整个过程中通过Jasmonate信号传导途径调节这些过程,确保油腺的正常发育和精油的有效合成。
这种复杂的调控网络确保了油腺能够正确发育并产生高质量的精油。通过基因编辑技术,研究者们可以精确地操纵这些基因,以研究它们在油腺发育中的具体作用,以及如何通过遗传改良来提高柑橘的精油产量和品质。
补充信息:
CsLMI1(Citrus LMI1)是柑橘(Citrus)中的一种基因,属于LMI1(LATERAL MERISTEM IDENTITY 1)基因家族。LMI1基因在植物中通常与分生组织的形成和维持有关,特别是在调控植物的侧生分生组织(如侧芽、侧根和侧枝)的发育过程中发挥作用。这些基因编码的蛋白质通常含有一个保守的homeodomain(同源盒结构域),这是一个DNA结合结构,使得LMI1蛋白能够识别并结合特定的DNA序列,从而调控基因表达。
在柑橘中,CsLMI1基因被发现与油腺(oil glands)的发育密切相关。油腺是柑橘类植物特有的分泌结构,负责产生和储存精油,这些精油具有多种生物活性,如抗菌、抗氧化和驱虫等。CsLMI1基因的表达模式和功能研究表明,它在油腺的形成和发育过程中起着关键作用。
通过基因编辑技术(如CRISPR/Cas9),研究者们可以敲除或敲低CsLMI1基因,观察到油腺发育的缺陷,这进一步证实了CsLMI1在油腺发育中的重要性。
CsDRNL(Citrus DRNL)是柑橘(Citrus)中的一种基因,全称为Citrus DRNL(DORNROSCHEN-LIKE)。在植物中,DRNL基因家族通常与植物发育过程中的分生组织维持和器官形成有关。在这份文件中,CsDRNL被研究者们关注,因为它在柑橘油腺(oil glands)的发育中扮演了重要角色。
油腺是柑橘类植物特有的分泌结构,负责产生和储存精油,这些精油具有多种生物活性,如抗菌、抗氧化和驱虫等。CsDRNL基因在油腺发育过程中的表达模式表明,它可能参与调控油腺的形成和功能。通过基因编辑技术,如CRISPR/Cas9,研究者们能够敲除CsDRNL基因,观察到突变体中油腺发育的缺陷,这进一步证实了CsDRNL在油腺发育中的关键作用。
CsMYC5是柑橘(Citrus)中的一种基因,属于MYC基因家族,全称为Citrus MYC5。MYC基因家族在植物中广泛存在,它们编码一类转录因子,这些转录因子在植物的生长发育、次生代谢、逆境响应等多种生物学过程中起着调控作用。
在柑橘中,CsMYC5基因与油腺的发育和精油的生物合成相关。MYC转录因子通常通过结合特定的DNA序列(如GCC-box)来调控下游基因的表达。在柑橘油腺的发育过程中,CsMYC5可能参与调控与精油合成相关的基因表达,从而影响油腺的形成和精油的产量。