ERF5.1 regulates carotenoid accumulation in plants! | (ERF5.1 इंटर द्वारा कैरोटीनॉयड संचय को नियंत्रित करता है )

कैरोटीनॉयड कई पौधों में पाए जाने वाले आवश्यक रंगद्रव्य हैं, जो उनके जीवंत रंगों और स्वास्थ्य लाभों के लिए जिम्मेदार हैं। वुल्फबेरी में, ये यौगिक फल के विशिष्ट लाल रंग और पारंपरिक चीनी चिकित्सा में इसके लंबे समय से उपयोग में योगदान करते हैं। फलों के विकास के दौरान कैरोटीनॉयड के संचय में उतार-चढ़ाव होता है, जो आनुवंशिक और पर्यावरणीय दोनों कारकों से प्रभावित होता है। हालाँकि, उनके संश्लेषण और टूटने को नियंत्रित करने वाले आनुवंशिक तंत्र अस्पष्ट बने हुए हैं। इन अंतरालों के कारण, पौधों में कैरोटीनॉयड चयापचय को नियंत्रित करने वाले आनुवंशिक मार्गों पर और अधिक शोध की अत्यधिक आवश्यकता है।

नेशनल वुल्फबेरी इंजीनियरिंग रिसर्च सेंटर की एक शोध टीम ने नॉर्थ मिंज़ू विश्वविद्यालय के साथ साझेदारी में प्रकाशित किया है निष्कर्ष (DOI: 10.1093/घंटा/uhad230) में बागवानी अनुसंधान. 17 नवंबर, 2023 को जारी उनका अध्ययन नियामक भूमिका पर प्रकाश डालता है ईआरएफ5.1 और इसके साथ बातचीत सीसीडी4.1 वुल्फबेरी फल के विकास के दौरान कैरोटीनॉयड स्तर को नियंत्रित करने में। उन्नत आनुवंशिक तकनीकों का उपयोग करते हुए, शोध से पता चलता है कि ये जीन कैरोटीनॉयड मेटाबोलाइट्स के उत्पादन को कैसे प्रभावित करते हैं, जो कृषि में बायोइंजीनियरिंग के लिए रोमांचक संभावनाएं पेश करते हैं।

अध्ययन के कार्यों पर प्रकाश डालता है ईआरएफ5.1 और सीसीडी4.1लिशियम बार्बरम में कैरोटीनॉयड चयापचय में शामिल दो महत्वपूर्ण जीन। शोधकर्ताओं ने सीसीडी जीन परिवार के 18 सदस्यों की पहचान की और उनका अवलोकन किया एलबीसीसीडी4.1 फल विकास के प्रारंभिक चरण में अत्यधिक सक्रिय था। उनके प्रयोगों से पता चला कि अतिअभिव्यक्त होना एलबीसीसीडी4.1 β-कैरोटीन और ल्यूटिन सहित प्रमुख कैरोटीनॉयड को काफी कम कर दिया। ईआरएफ5.1नाभिक में स्थित एक प्रतिलेखन कारक, से बंधता हुआ पाया गया सीसीडी4.1 प्रमोटर, इसकी गतिविधि को बढ़ाता है और कैरोटीनॉयड संचय, विशेष रूप से ल्यूटिन और वायलैक्सैन्थिन में उल्लेखनीय कमी लाता है। इन अंतःक्रियाओं की पुष्टि यीस्ट वन-हाइब्रिड और डुअल-ल्यूसिफ़ेरेज़ परख के माध्यम से की गई, जो वुल्फबेरी और संभावित रूप से अन्य फसलों में कैरोटीनॉयड स्तर में हेरफेर के लिए आणविक आधार प्रदान करती है।

अध्ययन के प्रमुख शोधकर्ता डॉ. जियानहुआ झाओ ने इन निष्कर्षों के महत्व पर प्रकाश डाला: “हमारा शोध वुल्फबेरी में कैरोटीनॉयड चयापचय की एक नई समझ प्रदान करता है, जो काफी स्वास्थ्य लाभ वाला फल है। नियामक भूमिकाओं की पहचान करके ईआरएफ5.1 और सीसीडी4.1हम न केवल मौलिक ज्ञान का विस्तार करते हैं बल्कि आनुवंशिक इंजीनियरिंग के माध्यम से फसल की पोषण सामग्री को बढ़ाने का मार्ग भी प्रशस्त करते हैं।” डॉ. झाओ ने इस आनुवंशिक मार्ग के माध्यम से वुल्फबेरी की तनाव सहनशीलता और रंग विशेषताओं में सुधार की क्षमता पर भी जोर दिया।

यह अध्ययन कृषि और पोषण विज्ञान दोनों के लिए महत्वपूर्ण निहितार्थ रखता है। के बीच बातचीत में हेरफेर करके ईआरएफ5.1 और सीसीडी4.1शोधकर्ता वुल्फबेरी और अन्य फसलों में कैरोटीनॉयड के स्तर को बढ़ाने में सक्षम हो सकते हैं, जिससे उनके स्वास्थ्य लाभ बढ़ सकते हैं। इसके अलावा, यह आनुवंशिक अंतर्दृष्टि सूखे या उच्च लवणता जैसे पर्यावरणीय तनावों के प्रति अधिक प्रतिरोध वाली फसलों को विकसित करने के उद्देश्य से प्रजनन कार्यक्रमों में सहायता कर सकती है, जहां कैरोटीनॉयड एक सुरक्षात्मक भूमिका निभाते हैं। ये प्रगति दुनिया भर में सुपरफूड्स की बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए पोषक तत्वों से भरपूर फलों की खेती के लिए आशाजनक रास्ते प्रदान करती है।

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संदर्भ

डीओआई

10.1093/घंटा/उहद230

मूल स्रोत यूआरएल

https://doi.org/10.1093/hr/uhad230

फंडिंग संबंधी जानकारी

यह कार्य चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (नंबर 32060359), निंग्ज़िया हुई स्वायत्त क्षेत्र के प्रमुख अनुसंधान एवं विकास कार्यक्रम (नंबर 2021BEF02002，2022BBF01001), निंग्ज़िया हुई स्वायत्त क्षेत्र के अभिनव अनुसंधान समूह परियोजना (नंबर) द्वारा प्रायोजित किया गया था। 2021AAC01001) और आर्थिक वनों के आनुवंशिक सुधार के लिए इनोवेशन टीम (नंबर 2022QCXTD04)।

के बारे में बागवानी अनुसंधान

बागवानी अनुसंधान नानजिंग कृषि विश्वविद्यालय का एक ओपन एक्सेस जर्नल है और क्लैरिवेट, 2023 से जर्नल उद्धरण रिपोर्ट ™ की बागवानी श्रेणी में नंबर दो स्थान पर है। जर्नल मूल शोध लेख, समीक्षा, दृष्टिकोण, टिप्पणियां, पत्राचार लेख और पत्र प्रकाशित करने के लिए प्रतिबद्ध है। जैव प्रौद्योगिकी, प्रजनन, सेलुलर और आणविक जीव विज्ञान, विकास, आनुवंशिकी, अंतर-प्रजाति परस्पर क्रिया, शरीर विज्ञान और फसलों की उत्पत्ति और पालतूकरण सहित सभी प्रमुख बागवानी पौधों और विषयों से संबंधित संपादक।

Carotenoids are essential pigments found in many plants, responsible for their vibrant colors and health benefits. In wolfberries, these compounds contribute to the fruit’s distinct red color and have been used in traditional Chinese medicine for a long time. The accumulation of carotenoids in the fruit varies during growth, influenced by both genetic and environmental factors. However, the genetic mechanisms that control their synthesis and breakdown remain unclear. As a result, more research is urgently needed to better understand the genetic pathways regulating carotenoid metabolism in plants.

A research team from the National Wolfberry Engineering Research Center, in collaboration with North Minzu University, has published findings in Horticulture Research (DOI: 10.1093/hr/uhad230). Their study highlights the regulatory roles of ERF5.1 and its interaction with CCD4.1 in controlling carotenoid levels during wolfberry fruit development. Using advanced genetic techniques, the research shows how these genes affect the production of carotenoid metabolites, opening exciting possibilities for bioengineering in agriculture.

The study emphasizes the roles of ERF5.1 and CCD4.1 as two important genes involved in carotenoid metabolism in Lycium barbarum. The researchers identified 18 members of the CCD gene family, observing that LBCD4.1 was highly active during the early stages of fruit development. Their experiments revealed that overexpressing LBCD4.1 significantly reduced key carotenoids, such as β-carotene and lutein. ERF5.1, a transcription factor located in the nucleus, was found to bind to the promoter of CCD4.1, enhancing its activity and significantly decreasing carotenoid accumulation, especially lutein and violaxanthin. These interactions were confirmed through yeast one-hybrid and dual-luciferase assays, providing a molecular basis for manipulating carotenoid levels in wolfberries and potentially other crops.

Dr. Jianhua Zhao, the lead researcher of the study, highlighted the significance of these findings: “Our research provides a new understanding of carotenoid metabolism in wolfberries, which is a highly beneficial fruit for health. By identifying the regulatory roles of ERF5.1 and CCD4.1, we not only expand fundamental knowledge but also pave the way for enhancing the nutritional content of crops through genetic engineering.” Dr. Zhao also emphasized the potential to improve wolfberry’s stress tolerance and color characteristics via this genetic pathway.

This study has important implications for both agriculture and nutritional science. By manipulating the interactions between ERF5.1 and CCD4.1, researchers may be able to increase carotenoid levels in wolfberries and other crops, thus enhancing their health benefits. Additionally, this genetic insight could assist breeding programs aimed at developing crops that are more resistant to environmental stresses, such as drought or high salinity, where carotenoids play a protective role. These advancements offer promising avenues for growing nutrient-rich fruits to meet the increasing global demand for superfoods.

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References

DOI

10.1093/hr/uhad230

Original Source URL

https://doi.org/10.1093/hr/uhad230

Funding Information

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (Number 32060359), the Major Research and Development Program of Ningxia Hui Autonomous Region (Number 2021BEF02002, 2022BBF01001), the Innovative Research Group Project of Ningxia Hui Autonomous Region (Number 2021AAC01001), and the Innovation Team for Genetic Improvement of Economic Forests (Number 2022QCXTD04).

About Horticulture Research

Horticulture Research is an open-access journal from Nanjing Agricultural University and is ranked second in the horticulture category of the Journal Citation Report™ since 2023. The journal is dedicated to publishing original research articles, reviews, perspectives, comments, correspondence, and letters related to all major horticultural plants and topics, including biotechnology, breeding, cellular and molecular biology, development, genetics, inter-specific interactions, physiology, and the origin and domestication of crops.