Developmental control of hypoxia during bud burst in grapevine  

葡萄芽爆發(fā)過程中缺氧的發(fā)育控制  

來源: Plant Cell and Environment, 2018, Volume 41, Pages 1154-1170

《植物細(xì)胞與環(huán)境》，2018年，第41卷，第1154-1170頁

 

摘要  

論文摘要指出，葡萄休眠芽具有低氧狀態(tài)，芽爆發(fā)時氧狀態(tài)迅速增加。研究顯示，超過三分之一的葡萄缺氧響應(yīng)基因同源物和近五分之一的具有植物缺氧響應(yīng)啟動子元件的基因在芽爆發(fā)過程中差異表達，與分生組織身份和細(xì)胞周期基因調(diào)控協(xié)調(diào)。葡萄ERF-VII同源物在體外是氧依賴性蛋白水解的底物。這些數(shù)據(jù)支持氧依賴性信號在決定葡萄芽爆發(fā)時機和協(xié)調(diào)中的發(fā)育功能。  

 

研究目的  

研究目的是調(diào)查氧依賴性信號在協(xié)調(diào)葡萄芽爆發(fā)過程中轉(zhuǎn)錄和代謝恢復(fù)的作用，特別是缺氧響應(yīng)基因的表達和ERF-VII轉(zhuǎn)錄因子的功能。  

 

研究思路  

研究思路基于使用葡萄芽外植體，在黑暗或光暗條件下培養(yǎng)，測量呼吸速率、內(nèi)部氧分壓（使用丹麥Unisense電極）、代謝物（糖、淀粉、葉綠素）含量。進行RNA測序分析轉(zhuǎn)錄組，功能富集分析，以及體外實驗研究ERF-VII蛋白的氧依賴性蛋白水解。通過比較不同時間點的數(shù)據(jù)，揭示氧狀態(tài)變化與基因表達的關(guān)系。  

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義  

1 呼吸速率（CO2產(chǎn)生）數(shù)據(jù)：來自圖1a，顯示芽爆發(fā)過程中呼吸速率增加，表明代謝活性恢復(fù)。研究意義：呼吸增加反映能量需求上升，支持芽生長和發(fā)育過渡。  

 

2 內(nèi)部氧分壓（pO2）數(shù)據(jù)：來自圖1b，使用Unisense電極測量，顯示芽核心低氧狀態(tài)，并在爆發(fā)過程中增加。研究意義：證實芽 hypoxia 狀態(tài)，氧狀態(tài)變化與發(fā)育階段相關(guān)，支持缺氧作為發(fā)育信號的角色。  

3 代謝物數(shù)據(jù)：葡萄糖、蔗糖、果糖、淀粉濃度，來自圖1a，顯示糖類代謝變化，淀粉水解和糖積累。研究意義：提供能量底物，支持細(xì)胞分裂和生長，反映代謝轉(zhuǎn)換。  

4 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)：差異表達基因，來自圖2和4，顯示缺氧響應(yīng)基因、細(xì)胞周期基因、分生組織基因的差異表達。研究意義：基因表達變化揭示氧信號調(diào)控發(fā)育過程，包括分生組織活化和細(xì)胞周期重啟。  

 

 

5 ERF-VII蛋白水解數(shù)據(jù)：來自圖5c，顯示ERF-VII在體外氧依賴性降解。研究意義：證實ERF-VII作為氧傳感器，調(diào)控缺氧響應(yīng)基因，介導(dǎo)氧依賴性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。  

 

 

結(jié)論  

研究結(jié)論是氧依賴性信號通過ERF-VII轉(zhuǎn)錄因子在葡萄芽爆發(fā)中協(xié)調(diào)生長恢復(fù)，缺氧響應(yīng)基因的表達與分生組織身份和細(xì)胞周期基因調(diào)控協(xié)調(diào)。芽爆發(fā)過程中氧狀態(tài)變化是發(fā)育調(diào)控的關(guān)鍵部分，ERF-VII的氧依賴性蛋白水解提供了分子機制。  

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義  

使用丹麥Unisense氧微電極測量內(nèi)部氧分壓（pO2），提供了高精度的氧動力學(xué)數(shù)據(jù)。這些測量驗證了葡萄芽核心的低氧狀態(tài)，并顯示了在芽爆發(fā)過程中氧狀態(tài)的時空變化。數(shù)據(jù)表明，缺氧狀態(tài)在早期芽爆發(fā)中維持，并隨著代謝活動增加而改變，支持缺氧作為發(fā)育信號的角色。Unisense電極的高靈敏度使研究人員能夠捕捉細(xì)微的氧變化，強化了氧在發(fā)育過渡中的重要性，為理解芽爆發(fā)的生理機制提供了關(guān)鍵證據(jù)。