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南京农业大学吴俊教授团队揭示转录激活和抑制因子协同控制红皮梨着色的分子机制

花匠小妙招
2025-05-06 20:35

https://doi.org/10.1186/s43897-024-00102-6

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近日，Molecular Horticulture在线发表了南京农业大学吴俊教授团队的研究性论文，题为

An ‘activator-repressor’ loop controls the anthocyanin biosynthesis in red-skinned pear。该研究解析了红皮梨花青苷积累过程中，转录激活因子和转录抑制因子协同调控花青苷合成和果皮着色的分子机制。

背景介绍

梨（PyrusL.）起源于我国，是我国的第三大栽培果树树种，具有3000年左右的历史记载。虽然我国具有丰富的梨属种质资源，并具有广泛的遗传多样性，但是我国原产的红皮梨资源相对稀少，且市场上优质红梨品种十分匮乏。红皮梨富含花青苷，不仅外感着色艳丽吸引消费者，有利于提升梨果外观品质和经济效益，同时花青苷也为人体提供极好的抗氧化剂来源，具有重要的健康价值。因此，对梨果实色泽的遗传改良成为当前育种工作的热点之一，而深入解析梨果实着色的分子机制，将为红皮梨的遗传改良提供重要的基因资源和科技支撑。

研究结果

该研究通过‘早酥’梨及其红色芽变‘红早酥’梨果皮的转录组分析，鉴定到差异表达基因PyMYB107，该基因的C-端区域具有典型EAR抑制基序。为验证该基因调控花青苷合成的功能，通过梨愈伤组织遗传转化分析发现，过表达PyMYB107抑制了梨愈伤组织花青苷生物合成；同时，通过‘红早酥’梨果实的瞬时表达分析，发现PyMYB107过表达显著抑制了果皮花青苷的积累，而PyMYB107瞬时沉默则促进了花青苷合成（Fig. 1），以上结果表明梨PyMYB107具有抑制花青苷合成的功能。

Fig.1PyMYB107抑制梨果实花青苷合成的功能验证。

随后，通过异源转化系统验证发现，PyMYB107瞬时过表达能够抑制草莓果实和烟草叶片花青苷的积累，其主要是通过抑制花青苷促进因子PyMYB10/bHLH3和PyMYB114/bHLH3的调控功能而发挥抑制作用。结合双荧光报告系统、酵母双杂交和活体成像等验证发现，PyMYB107能够与PyMYB10和PyMYB114竞争性结合PybHLH3蛋白，进而削弱PyMYB10/bHLH3和PyMYB114/bHLH3复合体对花青苷合成结构基因PyANS和PyUFGT启动子的激活作用（Fig. 2）。酵母单杂交显示，PyMYB107不能直接与PyANS和PyUFGT启动子结合。以上结果表明，PyMYB107主要通过破坏花青苷合成MYB复合体的稳定性，影响了其对下游花青苷合成结构基因的表达，进而抑制红皮梨的花青苷合成与着色。

Fig.2 PyMYB107与PyMYB10/MYB114协同调控花青苷合成的分子机制。

进一步定点突变分析发现，分别或同时对PyMYB107的EAR基序和R3结构域突变，都可以解除PyMYB107对花青苷合成的抑制效应，这表明EAR基序和R3结构域均赋予了PyMYB107抑制活性。有趣的是，在红皮梨中，MYB激活因子PyMYB10/MYB114能够激活PyMYB107基因的表达，从而形成一个负反馈调节回路，该调控路径能够防止细胞过度合成花青苷，起到平衡花青苷合成与积累的作用（Fig. 3）。

Fig.3红皮梨果实花青苷调控的“激活-抑制”工作模型。

南京农业大学园艺学院博士生杨广艳及硕士生薛兆龙为论文共同第一作者，吴俊教授为通讯作者。同时，南京农业大学李甲明博士，博士生陈国松、徐少卓、常耀军、孙满意，科研助理赵永琪，山东农业大学薛程副教授，新西兰皇家植物与食品研究院科学家Kui Lin-Wang博士、Richard V. Espley博士和Andrew C. Allan教授等参与了合作研究。该工作了获得了国家自然科学基金重点国际合作项目、国家重点研发计划和国家梨产业技术体系等项目的资助。

原文获取

作者简介

吴俊（通讯作者）

南京农业大学教授，博士生导师，国家杰出青年基金项目获得者，受聘作物遗传与种质创新国家重点实验室副主任，任国家梨产业技术体系育种技术与方法岗位科学家、江苏省梨产业技术体系首席科学家。长期致力于梨种质资源及分子育种方面的科研工作，重点围绕梨果实品质性状遗传改良开展系统研究，在梨的基因组和遗传变异、种质资源评价和利用、重要品质性状功能基因挖掘、分子育种技术创新和新品种创制方面取得了重要成果。已主持国家及省部级科技项目20多项，以第一或通讯作者（含共同）在国际主流期刊Nature Communications、Genome Biology、Genome Research、Plant Physiology、Plant Journal、Plant Biotechnology Journal等发表SCI论文60多篇。以第一发明人获授权国家发明专利24项、国家软件著作权2项；参编中英文专著9部；参与选育梨新品种6个；以第一完成人获教育部自然科学一等奖1项，并作为主要完成人获国家科技进步二等奖、教育部技术发明一等奖等国家及省部级科技奖励共8项。获中国青年女科学家奖、中国青年科技奖、国家万人计划、科技部中青年科技创新领军人才、教育部新世纪优秀人才、卫志明青年创新奖、江苏省特聘教授、江苏省杰出青年科学基金、江苏省“333高层次人才培养工程”第二层次、江苏省高校“青蓝工程”优秀科技创新团队带头人、江苏省优秀博士论文指导教师等人才计划和荣誉。担任中国园艺学会常务理事、中国园艺学会梨分会常务理事、中国园艺学会分子育种分会常务理事，受聘Horticultural Plant Journal副主编，Plant Physiology、Journal of Integrative Agriculture、Molecular Horticulture、中国农业科学等期刊编委。

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