中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)韓振海、吳婷團(tuán)隊(duì)在蘋果果皮著色研究中取得重要進(jìn)展

　　中國(guó)農(nóng)大新聞網(wǎng)訊 近日，The Plant Cell在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)韓振海、吳婷團(tuán)隊(duì)題為“Phosphorylation of MdERF17 by MdMPK4 Promotes Apple Fruit Peel Degreening during Light/Dark Transitions”的研究論文，揭示了MdMPK4磷酸化MdERF17調(diào)控蘋果果實(shí)發(fā)育成熟過程中果皮褪綠的分子機(jī)制。

 

　　蘋果果實(shí)成熟的外觀標(biāo)志之一是葉綠素降解和花青苷積累引起的果皮色澤變化，且果皮著色受光誘導(dǎo)而葉綠素降解則在黑暗中促進(jìn)。然而，到目前為止，對(duì)于果實(shí)果皮褪綠和著色這兩個(gè)過程是否偶聯(lián)且這兩個(gè)過程是否存在晝夜分工協(xié)作仍不清楚。

 

　　團(tuán)隊(duì)在前期研究表明，蘋果中乙烯響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子ERF17主要調(diào)控蘋果果皮的褪綠。同時(shí)隨著ERF17基因編碼區(qū)絲氨酸 （S）殘基串聯(lián)重復(fù)數(shù)目的增加，基因的轉(zhuǎn)錄活性以及對(duì)下游葉綠降解相關(guān)結(jié)構(gòu)基因PPH、NYC啟動(dòng)子的結(jié)合能力和穩(wěn)定性也隨之增強(qiáng)，從而促進(jìn)蘋果果皮葉綠素的降解 （Han et al., 2018）。

 

　　由于ERF17絲氨酸蛋白殘基重復(fù)數(shù)存在自然變異，為深入探究編碼區(qū)增加的絲氨酸作為重要的潛在MAPK的磷酸化位點(diǎn)是否能夠影響ERF17的磷酸化程度，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步明晰了關(guān)鍵調(diào)控果皮褪綠 ERF17基因多態(tài)位點(diǎn)的生物學(xué)意義，及其翻譯后修飾的相互協(xié)同調(diào)節(jié)關(guān)系。該研究首先證明了MdMPK4和MdERF17的互作作用，進(jìn)而通過體內(nèi)體外磷酸化試驗(yàn)和位點(diǎn)突變分析，發(fā)現(xiàn)MdERF17的Thr-67殘基是MdMPK4-14G的主要磷酸化位點(diǎn)。LUC活性分析及功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，Thr-67磷酸化對(duì)于MdERF17在調(diào)控蘋果果皮褪綠中的作用是必需的。并且MdERF17絲氨酸蛋白重復(fù)數(shù)的不同能夠通過影響MdERF17與MdMPK4-14G的結(jié)合活性進(jìn)而影響ERF17的磷酸化程度，揭示了 MdERF17自然變異造成的不同磷酸化程度對(duì)其調(diào)控果皮褪綠的重要性?；谝陨显囼?yàn)結(jié)果，作者接下來研究了MdMPK4-14G在果實(shí)發(fā)育成熟過程中對(duì)果皮褪綠的調(diào)控作用，發(fā)現(xiàn)MdMPK4-14G在基因和蛋白水平上均響應(yīng)晝夜節(jié)律，從而導(dǎo)致此時(shí)的MdERF17磷酸化水平升高。隨后通過基因功能驗(yàn)證以及對(duì)果實(shí)進(jìn)行不同光照處理，進(jìn)一步明確黑暗條件下，MdMPK4-14G通過磷酸化MdERF17正向調(diào)控蘋果果皮褪綠。結(jié)合近期研究結(jié)果光照條件下MdMPK4-06G通過磷酸化MdMYB1參與調(diào)控蘋果果皮花青苷的合成 （Yang et al., 2021）。該研究不僅闡釋了MdERF17蛋白翻譯后修飾的分子遺傳調(diào)控機(jī)理，同時(shí)揭示了兩個(gè)MdMPK4蛋白分別參與調(diào)控葉綠素降解和花青素積累以響應(yīng)光/暗轉(zhuǎn)換的分子機(jī)制。

 

　　韓振海教授、吳婷副教授為該論文的共同通訊作者。博士生王帥為論文第一作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京科技創(chuàng)新服務(wù)能力建設(shè)-高精尖學(xué)科、111引智平臺(tái)項(xiàng)目支持。

 

　　韓振海、吳婷課題組長(zhǎng)期從事果樹發(fā)育生物學(xué)與砧木育種研究，取得了一系列重要研究進(jìn)展，在The Plant Cell、Plant Physiology、The Plant Journal、Plant, Cell & Environment、Journal of Experimental Botany 、Plant& Cell Physiology等國(guó)際主流學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文30余篇。