Hvordan regulerer PA-, ABA- og CBF-veje synergistisk melonens kuldetolerance?

Polyaminer (PA'er), herunder putrescin (Put, en diamin), spermidin (Spd, en triamin) og spermin (Spm, en tetramin), er lavmolekylære polykationer og alifatiske nitrogenholdige stoffer. De spiller vigtige roller i planters overordnede livscyklus, fra frøspiring til frugtmodning, abscission og ældning. Der har været en stigende interesse for undersøgelsen af ​​PA'er involveret i plantestress, herunder tørke, hypoxi, høj temperatur, lav temperatur, saltholdighed og metaltoksicitet. PA'ers hovedrolle i plantestress er at modvirke skader forårsaget af reaktive oxygenarter (ROS) og at forhindre skader fra frie radikaler eller oxidativ stress, samtidig med at de modulerer ionkanaler for at beskytte morfologien og integriteten af ​​cellemembraner, nukleinsyrer og proteiner . PA'er interagerer med hormonveje (ethylen, jasmonat, auxin, gibberelliner, cytokininer, abscisinsyre [ABA], salicylsyre og brassinosteroider) og andre signalmolekyler (Ca ²⁺ , NEJ, H₂ O₂ , og gamma-aminosmørsyre) for at hjælpe planter med at klare ugunstige miljøer.

I løbet af de sidste to årtier har der været en voksende forståelse af krydstale mellem ABA og PA'er som reaktion på miljøstress. ABA-responsive element (ABRE)-binding factors (ABF'er) er kernekomponenter i ABA-signalering og er bredt involveret i plantevækst og -udvikling, såvel som reaktioner på biotiske og abiotiske belastninger såsom kulde. C-gentagelsesbindingsfaktorer (CBF'er) virker ved krydset af det transskriptionelle regulatoriske netværk, der ligger til grund for koldstressrespons. De kan binde direkte til DRE/CRT (dehydreringsresponsive element/C repeat) cis-virkende elementer i promotorerne af kulderegulerede (COR) gener og udløse deres ekspression for at hjælpe planterne med at modstå den bitre kulde.

Melon, som opstod i tropiske og subtropiske områder, men nu dyrkes verden over, er sårbar over for kuldeskader på tempererede breddegrader. Beviser tyder på, at eksogen ABA kan øge kuldetolerancen af ​​orientalske melonkimplanter, og PA-akkumulering bidrager til tilpasning til rodzone-hypoksistress, Ca(NO₃ )₂ stress og saltholdigheds-alkalinitetsstress i melonfrøplanter, samt kuldestress i melonfrugt. Kun to CmCBF'er, CmCBF1 og CmCBF3, er blevet identificeret, og deres udtryk er positivt korreleret med kuldetolerance i melonfrugt. Hvorvidt PA-, ABA- og CBF-vejene synergistisk regulerer melonens kuldetolerance, har dog stort set været ukendt.

For nylig rapporterede forskere fra Shenyang Agricultural University, at ABA-, CBF- og polyaminvejene kan danne et samarbejdende regulatorisk netværk til at kontrollere plantens koldestressrespons. I et foreløbigt eksperiment fandt forfatterne ud af, at blandt de tre PA'er var kun Put til stede i signifikant højere niveauer i en kulde-tolerant genotype sammenlignet med en kuldefølsom genotype. Fordi arginindecarboxylase (ADC) er nøglesyntetase, der katalyserer putrescin biosyntese i planter, undersøgte forfatterne derefter ekspressionen af ​​det ADC-kodende gen CmADC under koldbehandling. Som forventet inducerede lavtemperatur CmADC-ekspression, og sekvensanalyse viste, at CmADC-promotoren indeholdt mindst tre ABRE- og tre DRE-motiver. Forfatterne isolerede fire CmCBF'er og fem CmABF'er, der var signifikant induceret som reaktion på koldstress. CmABF1 og CmCBF4 blev udvalgt som kandidat-TF'er, der direkte kunne binde til promotorfragmenter af CmADC in vitro og i planta for at fremme dets transkription. Virus-induceret gen-silencing (VIGS) assays viste yderligere, at CmABF1 og CmCBF4 spillede positive roller i koldtolerancen af ​​melonfrøplanter ved at fremme Put-syntese. Dette arbejde er blevet publiceret i tidsskriftet Horticulture Research .

"Vores undersøgelse giver nye beviser for, at ABA- og CBF-vejene i kulderespons ikke er helt uafhængige, og at CmADC er ved krydset mellem disse veje," sagde forskerne.