Transcription factor CsMADS3 coordinately regulates chlorophyll and carotenoid pools in Citrus hesperidium

成熟 类胡萝卜素 八氢番茄红素合酶 叶绿素 生物 番茄红素 龙葵 染色体体 八氢番茄红素脱氢酶 转基因番茄 转录因子 生物化学 基因表达 植物 基因 生物合成 转基因 转基因作物 叶绿体 质体
作者
Kaijie Zhu,Hongyan Chen,Xuehan Mei,Suwen Lu,Heping Xie,Junwei Liu,Lijun Chai,Qiang Xu,Eleanore T. Wurtzel,Junli Ye,Xiuxin Deng
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:193 (1): 519-536 被引量:21
标识
DOI:10.1093/plphys/kiad300
摘要

Abstract Citrus, 1 of the largest fruit crops with global economic and nutritional importance, contains fruit known as hesperidium with unique morphological types. Citrus fruit ripening is accompanied by chlorophyll degradation and carotenoid biosynthesis, which are indispensably linked to color formation and the external appearance of citrus fruits. However, the transcriptional coordination of these metabolites during citrus fruit ripening remains unknown. Here, we identified the MADS-box transcription factor CsMADS3 in Citrus hesperidium that coordinates chlorophyll and carotenoid pools during fruit ripening. CsMADS3 is a nucleus-localized transcriptional activator, and its expression is induced during fruit development and coloration. Overexpression of CsMADS3 in citrus calli, tomato (Solanum lycopersicum), and citrus fruits enhanced carotenoid biosynthesis and upregulated carotenogenic genes while accelerating chlorophyll degradation and upregulating chlorophyll degradation genes. Conversely, the interference of CsMADS3 expression in citrus calli and fruits inhibited carotenoid biosynthesis and chlorophyll degradation and downregulated the transcription of related genes. Further assays confirmed that CsMADS3 directly binds and activates the promoters of phytoene synthase 1 (CsPSY1) and chromoplast-specific lycopene β-cyclase (CsLCYb2), 2 key genes in the carotenoid biosynthetic pathway, and STAY-GREEN (CsSGR), a critical chlorophyll degradation gene, which explained the expression alterations of CsPSY1, CsLCYb2, and CsSGR in the above transgenic lines. These findings reveal the transcriptional coordination of chlorophyll and carotenoid pools in the unique hesperidium of Citrus and may contribute to citrus crop improvement.

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