《NAC轉錄因子調控荔枝果柄離區細胞凋亡的機理研究》是依託華南農業大學，由李彩琴擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：NAC轉錄因子調控荔枝果柄離區細胞凋亡的機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李彩琴
- 依託單位：華南農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
果實脫落一直是農業生產中一個亟待解決的“瓶頸”問題。細胞程式性死亡（PCD）參與了器官脫落過程中離區細胞的分離過程，但其調控機理不明。研究表明液泡加工酶（VPE）在PCD中起關鍵調控作用，NAC轉錄因子與PCD的發生密切相關。我們的前期研究證實荔枝果實脫落過程中存在PCD，並發現即將脫落果中多個NAC和VPE基因的表達顯著高於正常果。據此提出NAC轉錄因子通過調控VPE基因的表達，激活caspase活性，啟動PCD進程可能是一條調控器官脫落的重要途徑的科學假設。本項目選擇我國特產但落果嚴重的荔枝果樹作為研究對象，以NAC轉錄因子在荔枝幼果脫落過程中離區細胞發生PCD的具體功能和作用為主線，從不同層次和角度進行研究，綜合分析離區細胞PCD特徵、NAC和VPE基因在脫落過程中的動態變化、定位和功能，以揭示NAC轉錄因子對離區細胞凋亡的調控和荔枝果實脫落機理，具有重要的理論和套用價值。
結題摘要
器官脫落是農業生產中一個重要的農藝形狀，嚴重的生理落果已成為荔枝產業中亟需解決的關鍵問題之一。離區是脫落髮生的主要部位，離層的形成與分離是研究植物器官脫落的核心內容。近年來已有研究表明細胞程式性死亡（PCD）參與了葉片和花器官的脫落過程，但其調控機制知之甚少，而對於果實來說，如荔枝，PCD是否參與其脫落過程卻仍未知。本項目以荔枝果實的脫落部位果柄離區為研究對象，運用細胞學、生理生化和分子生物學等技術闡明液泡介導的PCD參與荔枝幼果脫落過程的機制，主要研究結果如下：（1）通過離區細胞超微結構觀察、核形態觀測以及TUNEL檢測，發現荔枝幼果脫落過程中存在PCD現象，屬於主動的並且與液泡破潰密切相關的死亡，隨著脫落進程的推進，核DNA斷裂程度不斷增強，細胞死亡不斷擴大。與此同時，與液泡破潰相關的VPE和類caspase-1酶活性顯著增強，LcVPE1和LcVPE2基因的表達明顯上調。（2）荔枝共有97個荔枝NAC轉錄因子，其中LcNAC05/13/38/40/65基因在果柄離區中的表達隨荔枝幼果脫落的加劇而明顯上調，LcNAC10則顯著下調。（3）異源轉基因結果顯示，僅有LcNAC40基因的超表達能夠明顯促進擬南芥花器官的提前脫落。（4）利用病毒誘導的基因沉默（VIGS）技術沉默LcNAC40基因表達後可顯著降低荔枝幼果的落果率，且LcVPE1和LcVPE2基因的表達明顯受到抑制。（5）LcVPE1/2啟動子存在多個NAC結合元件，通過凝膠阻滯分析（EMSA）和雙螢光瞬時表達分析實驗，證實LcNAC40可以結合併激活LcVPE1/2啟動子的活性。以上結果明確了PCD在果實脫落中的存在，初步闡明了NAC轉錄因子在落果過程中的調控作用，為荔枝高產育種提供了基因資源，也為深入闡明荔枝果實脫落分子機理提供了理論基礎。本項目培養博士後1名，研究生1名，部分結果已發表在Journal of Experimental Botany（2019）和Tree Physiology（2019）雜誌上。
