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JXB:乙烯通过CsERF061调控柑橘的类胡萝卜素生物合成

已有 1942 次阅读 2021-2-7 16:29 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

Ethylene activation of carotenoid biosynthesis by a novel transcription factor CsERF061

第一作者Kaijie Zhu

第一单位华中农业大学

通讯作者Xiuxin Deng


 Abstract 


大背景Carotenoids are indispensable for both human health and plant survival. Citrus, known for being rich in carotenoids, is a vital source of dietary carotenoids in the human diet.


小背景1+问题Ethylene can accelerate carotenoid accumulation in citrus, but the underlying transcriptional regulation mechanisms remain unclear.


小背景2+问题Chromoplast-specific lycopene β-cyclase (LCYb2) is a critical carotenogenic enzyme, which controls the massive accumulation of downstream carotenoids, especially provitamin A carotenoids in citrus, but its regulatory metabolism is largely unknown.


主要研究:Here a group I ethylene response factor CsERF061 was identified in citrus by yeast one-hybrid screen with the promoter of LCYb2.


结果1-CsERF061表达模式:The expression ofCsERF061 was induced by ethylene. Transcript and protein levels of CsERF061 were increased during fruit development and coloration.


结果2-CsERF061-LCYb2CsERF061 is a nucleus-localized transcriptional activator, which directly binds to the promoter of LCYb2 and activates its expression.


结果3-过表达CsERF061:Additionally, overexpression of CsERF061 in citrus calli and tomato fruits enhanced carotenoid accumulation by increasing the expression of key carotenoid pathway genes, increased the number of chromoplasts needed to sequester the elevated levels of carotenoids, and also accompanied by the alteration of abscisic acid and gibberellin contents.


结果4-CsERF061其它下游:Electrophoretic mobility shift assay and dual-luciferase assay verified that CsERF061 activates the promoters of the other nine key carotenoid pathway genes, including PSY1PDSCRTISOLCYb1BCHZEPNCED3CCD1, and CCD4, revealing the multitargeted regulation of CsERF061.


结论:Collectively, our findings decipher a novel regulatory network of carotenoid enhancement by CsERF061, induced by ethylene, which is useful for manipulating the carotenoid accumulation in citrus, as well as other plants.

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 摘 要 


类胡萝卜素对于人类健康和植物生存都是必不可少的。柑橘,富含类胡萝卜素,是人类饮食中类胡萝卜素的主要来源。乙烯能够加速柑橘中类胡萝卜素的积累,但是潜在的分子机制还不清楚。柑橘中,有色体特异性的番茄红素β-环化酶LCYb2是一个非常重要的类胡萝卜素合成酶,其控制着下游胡萝卜素的大量积累,尤其是维他命原A胡萝卜素,但是潜在的调控机制仍然不清楚。本文中,作者通过柑橘LCYb2基因启动子的酵母单杂筛选,成功鉴定到了乙烯响应因子CsERF061。CsERF061基因的表达量会受到乙烯的诱导。CsERF061的转录和蛋白水平在柑橘果实发育和着色过程中增强。CsERF061是一个核定位的转录激活子,能够直接结合到LCYb2的启动子,并激活LCYb2基因的表达。另外,柑橘愈伤和番茄果实中过表达CsERF061基因通过增强类胡萝卜素合成通路上关键基因的表达,增加了类胡萝卜素的积累,并且增加所需的有色体的数量,以固定高水平的类胡萝卜素,同时伴随着脱落酸和赤霉素含量的变化。EMSA和双荧光素酶试验证实了CsERF061能够激活其它9个关键类胡萝卜素生物合成关键基因的表达,包括PSY1PDSCRTISOLCYb1BCHZEPNCED3CCD1CCD4,说明CsERF061的多靶调控。综上,本文的发现揭示了受乙烯诱导的转录因子CsERF061促进柑橘果实类胡萝卜素积累的转录调控网络,这对于柑橘以及其它植物中操纵类胡萝卜素的积累具有重要意义。


 通讯作者 

**邓秀新**


个人简介:

1978-1981年,湖南农业大学,学士;

1982-1984年,华中农业大学,硕士;

1985-1987年,华中农业大学,博士。


研究方向:

1)种质资源挖掘与利用:野生柑橘资源的收集评价,芽变材料的筛选鉴定,新品种选育;

2)种质创新与遗传改良:杂交群体创建,遗传连锁图谱构建,纯系创制,遗传转化及功能基因组平台构建;

3)果实色泽形成机理与调控:红肉突变体性状形成机理解析,类胡萝卜素代谢调控关键基因挖掘,质体发育分化,类胡萝卜素代谢工程;

4)柑橘生殖生物学研究:单/多胚性状形成机理解析;

5)产业宏观问题研究:现代农业产业体系运行机制,产业安全及可持续发展研究。


doi: https://doi.org/10.1093/jxb/erab047


Journal: Journal of Experimental Botany

Published date: Feb 05, 2021



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