华南农业大学李建国团队揭示生长素和乙烯交互调控荔枝生理落果信号转导机制

植物科学最前沿 · 公众号 · · 2024-03-30 12:00

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生理落果是果树生长发育中普遍存在的现象，常给果树生产造成极大的产量和经济损失。荔枝是最具中国特色的第一大热带亚热带果树，为热区农民致富和乡村振兴发挥了重要作用。荔枝果实发育过程中，生理落果高峰次数多 ( 一般有3–5次 ) ，落果严重 ( 最终坐果率不足1% ) 是导致其产量低而不稳的 “瓶颈” 问题之一。生理落果信号转导机制是果树学中一个富有挑战性的基础科学问题。长久以来，乙烯和生长素交互调控植物器官脱落的重要作用早已得到公认，但其潜在的分子机制未明。

近日， JIPB 在线发表了华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室李建国团队题为“ The transcriptional control of LcIDL1-LcHSL2 complex by LcARF5 integrates auxin and ethylene signaling for litchi fruitlet abscission ”的研究论文 ( https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.13646 )。该研究首先表明，小肽LcIDL1和激酶LcHSL2在荔枝果柄离区特异性转录，其转录水平与荔枝生理落果动态密切相关，且小肽LcIDL1可以与激酶LcHSL2形成信号肽-受体复合体LcIDL1-LcHSL2，具有启动脱落的功能。进一步的研究发现，当生长素极性运输在荔枝果柄离区停止时，一方面激活生长素信号转导途径中的负调控转录因子LcARF5 (auxin response factor 5)，LcARF5通过直接结合小肽LcIDL1和激酶LcHSL2的启动子激活其转录；另一方面，离区生长素极性运输的停滞诱导离区乙烯的合成，激活乙烯信号转导途径核心转录因子LcEIL3 (ethylene insensitive 3)，LcEIL3也可以结合LcID1启动子并促进其转录。通过VIGS沉默 LcARF5 或 LcEIL3 在离区的表达，显著降低了 LcIDL1 和 LcHSL2 的转录，抑制了离区细胞壁降解相关基因的表达，最终显著降低了荔枝的落果率。

该研究揭示了信号肽-受体复合体LcIDL1-LcHSL2受到生长素和乙烯分子信号的协同调控，具有感知和传递脱落信号的作用，为生长素和乙烯交互调控植物器官脱落的分子机制提供了重要见解。

图1. LcARF5/LcEIL3-LcIDL1/LcHSL2模块整合生长素和乙烯信号交互调控荔枝落果的模型

华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室 李建国 研究员和 赵明磊 副研究员为该论文的通讯作者，青年教师 马兴帅 和已毕业博士 何紫迪 、已毕业硕士袁叶为该论文的共同第一作者，挪威奥斯陆大学 Melinka Alonso Butenko 教授和广西大学青年教师 张艳青 为本研究提供了帮助。该研究得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金、岭南现代农业科学与技术广东省实验室和国家现代荔枝龙眼产业技术体系等项目的支持。

文章引用：

Ma, X., He, Z., Yuan, Y., Liang, Z., Zhang, H., Lalun, V. O., Liu, Z., Zhang, Y., Huang, Z., Huang, Y., et al. (2024). The transcriptional control of LcIDL1–LcHSL2 complex by LcARF5 integrates auxin and ethylene signaling for litchi fruitlet abscission. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13646

华南农业大学李建国团队揭示生长素和乙烯交互调控荔枝生理落果信号转导机制

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