近日，甘肅農業大學干旱生境作物學國家重點實驗室張寧教授團隊在植物科學權威期刊《Frontiers in Plant Science》 （Q2，影響因子6.627）發表了題為 “StTCP15 regulates potato tuber sprouting by modulating the dynamic balance between abscisic acid and gibberellic acid” 的研究論文。該研究揭示了馬鈴薯塊莖的發芽機制。
 

△ 圖1 植物科學權威期刊《Frontiers in Plant Science》
 

馬鈴薯生命周期的主要階段是從塊莖休眠到發芽，然而，控制這些過程的機制仍然知之甚少。TCP（Theosinte branch I，Cycloidea，proliferationcell factors 1 and 2）轉錄因子在植物生長、休眠的相關發育過程中起著關鍵作用。先前有研究表明，TCP轉錄因子StTCP15有促進發芽的作用。

為了闡明StTCP15基因的功能，從馬鈴薯品種“Desiree”中克隆了該基因，該基因編碼由414個氨基酸組成的多肽，主要存在于細胞核中。StTCP15過表達系的馬鈴薯塊莖提前發芽，而下調StTCP15表達系的薯塊莖表現出延遲發芽。此外還發現StTCP15的過表達系極顯著降低了脫落酸（ABA）/赤霉素（GA3）的比率，在下調StTCP15的表達系中發現了相反的結果。

研究人員通過酵母雙雜交篩選了三種相互作用蛋白StSnRK1、StF-Box和StGID1，并通過酵母雙雜交和熒光素酶互補實驗進行了驗證，表明StTCP15可以影響ABA和GA3信號通路來調節馬鈴薯塊莖的休眠和發芽。
 

△ 圖2 StTCP15在馬鈴薯塊莖休眠和發芽過程中的假定途徑模型
 

△ 圖3 熒光素酶互補分析
 

熒光素酶互補分析表明，StTCP15可以分別與煙草葉細胞中的StSnRK1、StF-box和StGID1相互作用。在相應的陰性對照中未檢測到LUC信號。實驗研究數據由PlantView系列植物活體成像系統獲得。
 

總的來說，這些結果表明，StTCP15通過影響ABA和GA3之間的動態平衡來調節馬鈴薯塊莖的休眠和發芽。

據悉，干旱生境作物學國家重點實驗室立足西北地區干旱缺水嚴重，但光資源豐富，且部分逆境有利于作物優良品質形成的自然資源基礎。面對區域糧食安全、品質農業和生態安全需求，實驗室以小麥、玉米、馬鈴薯、油菜等作物為主要研究對象，開展作物抗逆增產和品質調優基因發掘以及抗旱優質種質創新與品種培育，為我國西北乃至全國干旱地區作物抗逆、優質、高效生產提供科技支撐。

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https://doi: 10.3389/fpls.2022.1009552