Developmental control of hypoxia during bud burst in grapevine  

葡萄芽爆發過程中缺氧的發育控制  

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

《植物細胞與環境》，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，芽爆發時氧狀態迅速增加。研究顯示，超過三分之一的葡萄缺氧響應基因同源物和近五分之一的具有植物缺氧響應啟動子元件的基因在芽爆發過程中差異表達，與分生組織身份和細胞周期基因調控協調。葡萄ERF-VII同源物在體外是氧依賴性蛋白水解的底物。這些數據支持氧依賴性信號在決定葡萄芽爆發時機和協調中的發育功能。  

 

研究目的  

研究目的是調查氧依賴性信號在協調葡萄芽爆發過程中轉錄和代謝恢復的作用，特別是缺氧響應基因的表達和ERF-VII轉錄因子的功能。  

 

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，測量呼吸速率、內部氧分壓（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據，揭示氧狀態變化與基因表達的關系。  

 

測量的數據及研究意義  

1 呼吸速率（CO2產生）數據：來自圖1a，顯示芽爆發過程中呼吸速率增加，表明代謝活性恢復。研究意義：呼吸增加反映能量需求上升，支持芽生長和發育過渡。  

 

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

3 代謝物數據：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，支持細胞分裂和生長，反映代謝轉換。  

4 轉錄組數據：差異表達基因，來自圖2和4，顯示缺氧響應基因、細胞周期基因、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控發育過程，包括分生組織活化和細胞周期重啟。  

 

 

5 ERF-VII蛋白水解數據：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，調控缺氧響應基因，介導氧依賴性信號轉導。  

 

 

結論  

研究結論是氧依賴性信號通過ERF-VII轉錄因子在葡萄芽爆發中協調生長恢復，缺氧響應基因的表達與分生組織身份和細胞周期基因調控協調。芽爆發過程中氧狀態變化是發育調控的關鍵部分，ERF-VII的氧依賴性蛋白水解提供了分子機制。  

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義  

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