華中農(nóng)業(yè)大學(xué)鄧秀新院士團(tuán)隊(duì)在柑橘果實(shí)色澤調(diào)控研究中取得新進(jìn)展

 

　　紅皮柑橘因果實(shí)外觀色澤明亮艷麗廣受消費(fèi)者青睞。實(shí)踐中，紅皮柑橘果實(shí)采收時常因果皮著色不均勻或轉(zhuǎn)紅不充分，導(dǎo)致果實(shí)外觀品質(zhì)降低，商品價值大打折扣，該問題在早熟紅皮柑橘品種及栽培環(huán)境欠佳的地區(qū)尤為突出。類胡蘿卜素（carotenoids）是一類影響柑橘果皮色澤的主要天然色素，課題組前期研究證實(shí)橙紅色的類胡蘿卜素β-檸烏素（β-citraurin）是‘紐荷爾’臍橙等紅皮柑橘品種果皮中積累的主要特征色素，CCD4b是β-檸烏素合成途徑關(guān)鍵基因（Zheng et al., 2019）。目前柑橘中β-檸烏素生物合成調(diào)控的研究較少，因此研究β-檸烏素生物合成的調(diào)控機(jī)制可為解決因品種或栽培條件不佳等因素導(dǎo)致的柑橘果實(shí)著色差問題提供解決方案。

 

　　研究發(fā)現(xiàn)在果實(shí)發(fā)育與成熟過程中，茉莉酸（JA）、茉莉酸-異亮氨酸結(jié)合物（JA-Ile）含量變化與β-檸烏素的積累模式相同。外源茉莉酸甲酯（MeJA）處理‘紐荷爾’臍橙果實(shí)顯著促進(jìn)果皮內(nèi)源JA及JA-Ile生成，促進(jìn)柑橘果皮著色。JA信號途徑核心轉(zhuǎn)錄因子CsMYC2受MeJA處理誘導(dǎo)，并結(jié)合β-檸烏素合成途徑關(guān)鍵基因CsCCD4b等基因啟動子，正調(diào)控相關(guān)基因表達(dá)以促進(jìn)β-檸烏素合成與積累。同時CsMYC2激活磷酸激酶CsMPK6表達(dá)。CsMPK6與CsMYC2蛋白水平互作，一方面降低CsMYC2對其下游基因啟動子的結(jié)合活性，另一方面磷酸化CsMYC2促進(jìn)其蛋白降解。這一負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制精準(zhǔn)調(diào)控柑橘對JA的響應(yīng)，有效避免了果實(shí)對JA的過度響應(yīng)。綜上，該研究揭示了植物激素茉莉酸通過激活CsMPK6-CsMYC2模塊促進(jìn)β-檸烏素積累及柑橘果皮著色的分子機(jī)制，為柑橘果實(shí)色澤品質(zhì)的形成與改良提供理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

 

　　果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄧秀新院士課題組博士后岳鵬濤為論文第一作者，鄧秀新院士為通訊作者。團(tuán)隊(duì)成員柴利軍教授，葉俊麗副研究員，謝宗周高級工程師參與了研究。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)Robert Larkin教授為論文提供建議。課題組研究生蔣政華、孫權(quán)（現(xiàn)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后）、魏冉冉、尹映紫也參與該研究。相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金的資助。

 

　　【英文摘要】

 

　　Carotenoids are natural pigments that influence the color of citrus fruit. The red-colored carotenoid β-citraurin is responsible for the peel color in 'Newhall' orange （Citrus sinensis）。 Although jasmonates are known to regulate the biosynthesis and accumulation of carotenoids, their effects on β-citraurin biosynthesis in citrus fruit remain unclear. Here, we determined that treatment with methyl jasmonate （MeJA） significantly promotes fruit coloration and β-citraurin production in 'Newhall' orange. A MeJA treatment induced the expression of CsMYC2, which encodes a transcription factor that serves as a master regulator of jasmonate responses. CsMYC2 bound the promoter of the gene that encodes carotenoid cleavage dioxygenase 4b （CsCCD4b）， the key gene for β-citraurin biosynthesis, and the promoters of genes that encode phytoene synthase （CsPSY）， lycopene β-cyclase （CsLCYb）， and β-carotene hydroxylase （CsBCH） and induced their expression. In addition, CsMYC2 promoted CsMPK6 expression. Notably, we found that CsMPK6 interacted with CsMYC2 and that this interaction decreased the stability and DNA-binding activity of CsMYC2. Thus, we conclude that negative feedback regulation attenuates JA signaling during the jasmonate-induced coloration of citrus fruit. Together, our findings indicate that jasmonates induce β-citraurin biosynthesis in citrus by activating a CsMPK6-CsMYC2 cascade, thereby affecting fruit coloration.

 

　　論文鏈接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac363/6931829?searchresult=1