Niedrige Temperaturen können die Entwicklung von Pflanzen und den Ernteertrag beeinträchtigen. Ethylen (ETH) ist dafür bekannt, die Kältetoleranz positiv zu regulieren. Die Rolle von ETH bei der Transkriptionsregulation von Weinrebenblättern, die Niedrigtemperaturstress ausgesetzt sind, bleibt jedoch weitgehend unverstanden.
Als Versuchsmaterial wählten Forscher des Botanischen Gartens Wuhan der Chinesischen Akademie der Wissenschaften Blätter von V. amurensis, einer wilden Rebsorte, die im Winter extrem kältetolerant ist. Sie untersuchten Veränderungen des Transkriptoms und der Phytohormone von Weinrebenblättern unter Tieftemperaturstress, identifizierten Gene, die von ETH unter Tieftemperaturstress reguliert werden, und diskutierten mögliche Wechselwirkungen zwischen ETH und anderen Tieftemperatur-induzierten Phytohormonen.
Die Forscher fanden heraus, dass zwei stark angereicherte Transkriptionsfaktorfamilien, APETALA2/ETHYLENE RESPONSIVE FACTOR (AP2/ERF) und WRKY, eine konsistente Hochregulierung als Reaktion auf Kältestress zeigten, aber durch die Behandlung mit Aminoethoxyvinylglycin (AVG, ein Inhibitor der ETH-Synthese) gehemmt wurden. Die Studie wurde veröffentlicht in Pflanzenphysiologie und Biochemie am 10. März.
Die Hemmung der ETH-Synthese (unter Verwendung von AVG) ermöglicht die Identifizierung von Genen, die positiv und negativ durch ETH reguliert werden und an einer Vielzahl biologischer Prozesse beteiligt sind, wie z. B. dem Transport gelöster Stoffe, der Proteinbiosynthese, der Phytohormonwirkung, dem Antioxidans- und Kohlenhydratstoffwechsel.
Neben ihrer potenziellen Rolle bei der Regulierung vieler Aspekte des Zellstoffwechsels zeigt die Transkripton- und Phytohormonanalyse auch, dass ETH die mit der Abscisinsäure (ABA) und Indol-3-Essigsäure (IAA) in Verbindung stehenden Gene regulieren und so zur entsprechenden Phytohormonakkumulation beitragen kann mögliche Downstream-Signale.
Diese Arbeit liefert neue Einblicke in die ETH-Signalwege und ETH-regulierten Gene unter Kältestress und präsentiert Kandidaten-Genressourcen für die Züchtung kälteresistenter Weinreben.
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Yujun Hou et al., Untersuchung der Wirkung von Ethylen auf die Transkriptionsregulation der Kühlbehandlung in Weinrebenblättern, Pflanzenphysiologie und Biochemie (2023). DOI: 10.1016/j.plaphy.2023.03.015