An apple (Malus domestica) AP2/ERF transcription factor modulates carotenoid accumulation.
An apple (Malus domestica) AP2/ERF transcription factor modulates carotenoid accumulation.
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DOI：
10.1038/s41438-021-00694-w
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发表时间：
2021-10-05
影响因子：
8.7
通讯作者：
Jia D
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Dang Q;Sha H;Nie J;Wang Y;Yuan Y;Jia D
颜色是园艺作物的重要性状。类胡萝卜素是植物着色的主要色素之一，对植物的光合作用和人类健康具有重要意义。在此，我们在苹果中鉴定了APETALA 2（AP 2）/乙烯反应因子（ERF）转录因子，命名为MdAP 2 -34。MdAP 2 -34的表达与‘贝宁将军’和‘盐富3号’果肉中类胡萝卜素含量密切相关。MdAP 2 -34通过参与类胡萝卜素生物合成途径促进转MdAP 2 -34-OVX基因苹果愈伤组织和果实中类胡萝卜素的积累。过量表达MdAP 2 -34转基因愈伤组织和果皮中主要类胡萝卜素八氢番茄红素和β-胡萝卜素的含量显著升高，而主要类胡萝卜素叶黄素的含量差异不显著，表明MdAP 2 -34调控八氢番茄红素和β-胡萝卜素的积累，而不调控叶黄素的积累。八氢番茄红素合成酶2（phytoene synthase 2，MdPSY 2 - 1）是苹果果实类胡萝卜素生物合成途径中的一个主要基因，该基因被MdAP 2 -34直接结合并转录激活。此外，过量表达MdPSY 2 -1主要提高苹果愈伤组织中八氢番茄红素和总类胡萝卜素的含量。我们的研究结果将推进和扩展我们对苹果类胡萝卜素生物合成复杂分子机制的理解，这一研究对于加速苹果育种进程具有重要价值。
Color is an important trait for horticultural crops. Carotenoids are one of the main pigments for coloration and have important implications for photosynthesis in plants and benefits for human health. Here, we identified an APETALA2 (AP2)/ETHYLENE RESPONSE FACTOR (ERF) transcription factor named MdAP2-34 in apple (Malus domestica Borkh.). MdAP2-34 expression exhibited a close correlation with carotenoid content in ‘Benin Shogun’ and ‘Yanfu 3’ fruit flesh. MdAP2-34 promotes carotenoid accumulation in MdAP2-34-OVX transgenic apple calli and fruits by participating in the carotenoid biosynthesis pathway. The major carotenoid contents of phytoene and β-carotene were much higher in overexpressing MdAP2-34 transgenic calli and fruit skin, yet the predominant compound of lutein showed no obvious difference, indicating that MdAP2-34 regulates phytoene and β-carotene accumulation but not lutein. MdPSY2-1 (phytoene synthase 2) is a major gene in the carotenoid biosynthesis pathway in apple fruit, and the MdPSY2-1 gene is directly bound and transcriptionally activated by MdAP2-34. In addition, overexpressing MdPSY2-1 in apple calli mainly increases phytoene and total carotenoid contents. Our findings will advance and extend our understanding of the complex molecular mechanisms of carotenoid biosynthesis in apple, and this research is valuable for accelerating the apple breeding process.
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