细胞分裂素氧化酶/脱氢酶MdCKX4调控苹果（Malus domestica）的耐旱性

《Plant Science》：The cytokinin oxidase/dehydrogenase MdCKX4 regulates drought tolerance in Malus domestica

　　

同莉；张家宇峰；翟Joy Xin-Yue；冯子权；马硕；李新怡；高怀娜；罗龙欣；李志；张琪；周敏敏；张家雅丽；吴尚；姜涵；李媛媛

国家苹果工程技术研究中心；山东省果蔬品质与高效生产协同创新中心；山东农业大学园艺科学与工程学院，中国泰安271018

摘要

干旱是限制苹果（Malus domestica）生长和产量的主要非生物胁迫因素。据报道，细胞分裂素氧化酶/脱氢酶（CKX）通过降解细胞分裂素来调节其水平，并参与植物对环境胁迫的适应过程。在苹果（Malus domestica）中，我们鉴定并表征了MdCKX4，该蛋白含有保守的FAD结合域和细胞分裂素结合域，并定位于内质网（ER）上。MdCKX4的表达受干旱胁迫和脱落酸（ABA）处理的诱导。MdCKX4在干旱胁迫下能够促进苹果幼苗的根系生长并增强活性氧（ROS）的清除能力。在苹果愈伤组织中，过表达MdCKX4可提高干旱耐受性并降低ABA敏感性。在拟南芥中，过表达MdCKX4可增加根系生长、提高干旱胁迫下的存活率及种子发芽率，并减少相对电解质泄漏。机制上，参与胁迫反应的AP2转录因子MdSHINE3直接结合MdCKX4的启动子并激活其转录。因此，本研究阐明了MdCKX4在干旱胁迫中的作用，为果树作物抗旱机制的研究提供了新的见解。

章节摘录

引言

苹果（Malus domestica）是一种具有全球重要经济价值的果树。然而，在其整个生长周期中，它极易受到非生物胁迫的影响，尤其是干旱胁迫，这对果园产量和果实品质构成严重威胁，从而导致巨大的经济损失（Li等人，2012；Liu等人，2020）。植物激素在调节对非生物胁迫的反应中起着关键作用，其中细胞分裂素（CKs）不仅在调控生长方面

序列比对与生物信息学分析

从拟南芥信息资源（TAIR，https://www.arabidopsis.org/）中检索到了AtCKX4的氨基酸序列，并将其作为诱饵从蔷薇科基因组数据库（GDR，http://www.rosaceae.org/中鉴定出MdCKX4。获取MdCKX4的氨基酸序列后，将其提交至国家生物技术信息中心（NCBI，https://www.ncbi.nlm.nih.gov/进行BLAST分析。使用Jalview软件生成了多序列比对结果。

MdCKX4的系统发育关系与多序列比对

从Malus domestica基因组（GDDH13 v1.1）中克隆出了具有完整编码序列（CDS）1242个碱基对的苹果基因MD15G1208200。DNAMAN 5.2分析显示，该基因编码一种含有413个氨基酸的蛋白质。将其氨基酸序列与NCBI数据库进行BLAST分析后，发现其与拟南芥的AtCKX4氨基酸序列具有最高相似性。因此，该基因被命名为苹果细胞分裂素氧化酶/脱氢酶4（MdCKX4）。通过系统发育分析

讨论

本研究对MdCKX4基因进行了功能表征，该基因编码一种细胞分裂素氧化/脱氢酶，对其在非生物胁迫响应中的作用提供了重要见解。我们的研究发现表明，MdCKX4与AtCKX4在结构上具有保守性，定位于内质网（ER），并在干旱和ABA胁迫下表达增强。此外，我们确认MdCKX4在苹果中作为干旱耐受性的正向调节因子，在

缩写说明

术语解释 CKX：细胞分裂素氧化酶/脱氢酶；ER：内质网；CKs：细胞分裂素；SnRK2：SNF1相关蛋白激酶2；ROS：活性氧；ABA：脱落酸；PEG：聚乙二醇；WT：野生型；Col：Columbia生态型；ABRC：拟南芥生物资源中心；MS：Murashige和Skoog培养基；2,4-D：2,4-二氯苯氧乙酸；6-BA：6-苄氨基嘌呤；H₂O₂：过氧化氢；O₂^?

高怀娜：验证、监督。李新怡：验证。姜涵：撰写－审稿与编辑、监督、软件使用、资源提供、项目管理、方法设计、资金获取、概念构思。翟Joy Xin-Yue：验证。吴尚：监督、资金获取。张家宇峰：验证。马硕：验证、数据管理。李媛媛：撰写－审稿与编辑、资源提供、项目管理、资金获取。冯子权：实验设计、数据管理。张琪：

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。