MAX1依赖的独脚金内酯生物合成通过转录轨迹重编程调控生菜黑暗诱导叶片衰老

《BMC Plant Biology》：Loss of MAX1 redirects, rather than delays, the leaf senescence program in lettuce

　　

摘要

背景

独脚金内酯（SLs）调控植物发育的多个方面，并被认为与促进叶片衰老有关。然而，与SL缺失相关的衰老表型在不同物种中并未得到一致观察，表明该功能可能具有物种或环境依赖性。此外，内源SL生物合成对叶菜类作物衰老的贡献尚不明确。本研究调查了SL生物合成基因MORE AXILLARY GROWTH1（MAX1）在生菜（Lactuca sativa）黑暗诱导叶片衰老中的作用。

结果

我们发现，内源SL生物合成在生菜黑暗诱导衰老中发挥主要作用。SL通路基因在黑暗贮藏期间被诱导，外源GR24加速了衰老过程，且生菜MAX1（LsMAX1）可互补拟南芥max1突变体的衰老延迟表型。与此结果一致，通过CRISPR/Cas9构建的Lsmax1突变体在长时间黑暗中表现出显著保持绿色表型，伴随关键衰老相关基因诱导的强烈降低。尽管可见衰老延迟，Lsmax1仍保留了对黑暗贮藏的显著转录响应。引人注目的是，LsMAX1的缺失并非简单地减弱了野生型的衰老程序，而是将部分响应重新引导至一种独特的应激相关转录状态，而该状态在野生型中几乎不存在。LsMAX1的缺失不影响营养期莲座叶丛结构，但在抽薹后出现分枝增加。

结论

我们的研究结果确立了MAX1依赖的SL生物合成是生菜叶片衰老的重要调控因子，并揭示其作用超越了单纯控制衰老速率的范畴。LsMAX1的缺失并非简单地延迟野生型程序，而是改变了衰老的转录轨迹，在长时间黑暗中倾向于一种替代性的应激相关状态。在无明显营养期莲座叶丛结构变化的情况下出现显著保持绿色表型，进一步突显SL生物合成作为延长生菜及其他叶菜作物采后保鲜潜力的靶点价值。