Усиление регенерации придаточных побегов яблони: роль MdAIL5 в гормональной сигнализации и активации генов
Растения обладают замечательной способностью к самовосстановлению и регенерации. Яблоня является одной из модельных культур для изучения многолетних древесных плодовых деревьев. Для генетической трансформации яблони в основном используется метод листовых дисков, и успех этой трансформации зависит от эффективной системы регенерации придаточных побегов (AS).
Однако низкая эффективность трансформации (0–3%) ограничивала применение трансгенных технологий и технологий редактирования генов у яблони. Недавние исследования начали раскрывать молекулярную основу регенерации, подчеркивая роль взаимодействий ауксина и цитокинина и выявляя ключевые гены, которые могли бы повысить эффективность регенерации.
В журнале Horticulture Research опубликовано исследование "Сверхэкспрессия MdAIL5 способствует регенерации придаточных побегов яблони, регулируя гормональную сигнализацию и активируя экспрессию генов, связанных с развитием побегов".
Сначала оценили способность к регенерации AS у четырех основных сортов яблони и семи подвоев яблони с использованием стандартной регенеративной среды. Среди оцененных генотипов 'Gl-3' и M26 продемонстрировали превосходные способности к регенерации AS. При этом исследователи обнаружили, что MdAIL5 был наиболее значительно повышен во время регенерации AS, и его уровень мРНК положительно коррелировал со способностью к регенерации AS.
Основываясь на этих данных, исследование изучило функцию MdAIL5. Результаты показали, что сверхэкспрессия MdAIL5 может повысить эффективность регенерации AS в листьях яблони. Более того, сверхэкспрессия MdAIL5 могла в определенной степени восстановить способность эксплантов к образованию AS, которая терялась с увеличением зрелости тканей. LC-MS/MS анализ выявил, что сверхэкспрессия MdAIL5 увеличивала содержание ауксина, цитокинина (CK) и других гормонов в листьях яблони.
Транскриптомный анализ выявил ряд дифференциально экспрессируемых генов (DEGs), связанных с путями гормональной сигнализации и развития побегов, что позволяет предположить, что MdAIL5 влияет на регенерацию AS через модуляцию этих критических биологических процессов.
Анализ с помощью дрожжевой одно-гибридной системы, электрофоретический анализ подвижности в геле (EMSA) и анализ с использованием репортерной системы двойной люциферазы показали, что MdAIL5 напрямую связывается с промоторами генов MdARF9 и MdHB14 и положительно влияет на их экспрессию. Дальнейшие исследования обнаружили, что MdHB14 и MdARF9 локализуются в ядре, а сверхэкспрессия MdARF9 и MdHB14 усиливает регенерацию AS у табака.
В заключение, это исследование предварительно определило регуляторную сеть транскрипционных факторов MdAIL5, участвующих в регенерации AS листьев яблони, что полезно для повышения эффективности регенерации AS и генетической трансформации яблони, закладывая основу для проверки функциональных генов яблони и инноваций в создании улучшенного генетического материала.