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山农郝玉金团队揭示温度和蔗糖调控苹果花氰苷和果实色泽的信号途径

花匠小妙招
2024-12-07 05:50

近日，山东农业大学长江学者郝玉金团队在国际知名学术期刊Plant, Cell & Environment和Journal of Experimental Botany相继发表两篇论文，题目分别为"The small ubiquitin-like modifier E3 ligase MdSIZ1 promotes anthocyanin accumulation by sumoylating MdMYB1 under low-temperature conditions in apple"和"MdSnRK1.1 interacts with MdJAZ18 to regulate sucrose-induced anthocyanin and proanthocyanidin accumulation in apple"，论文揭示了温度和蔗糖信号调控苹果花氰苷积累和果实色泽形成的分子机制。

在苹果、葡萄、桃等果实中，果皮的红色色泽由花青苷及其衍生物的种类和积累水平决定。栽培环境和果树营养状况对花青苷的合成影响巨大，如冷凉的气温和充足的光照促进果实着色，同时，含糖量高的果实着色也好，阐明这些现象的信号转导途径和分子机制有助于改善果实的色泽品质。郝玉金团队长期从事苹果果实色泽品质形成与调控研究，该团队从苹果花青苷的转录调控入手，首先确认了苹果中调控花氰苷合成的MYB-bHLH-WD40 (MBW) 蛋白复合体（An et al. J Plant Physiol 2012, 169: 710-717），并发现该蛋白复合体是苹果响应光温和糖信号的核心调控机构，其中MdbHLH3分别响应温度和葡萄糖信号调控果实色泽形成（Xie et al. Plant Cell Environ 2012, 35: 1884-1897; Hu et al. PLoS Genet 2016, 12(8): e1006273），而MdMYB1响应光信号调控果实色泽（Li et al. Plant Physiol 2012, 160 (2): 1011-1022）。

在前面的研究的基础上，该团队筛选到一个与MdMYB1转录因子互作的SUMO E3连接酶MdSIZ1，在模式植物中的研究已经发现，SIZ1可以应答低温和磷亏缺等胁迫信号，通过SUMOylation修饰靶蛋白对植物抗逆性等进行调控；Plant, Cell & Environment论文的研究结果发现，苹果MdSIZ1的基因表达和蛋白积累受低温诱导，其通过与MdMYB1蛋白相互作用，对该蛋白进行SUMOylation修饰，提高MdMYB1蛋白的稳定性；在果实中的瞬时表达结果表明，MdSIZ1以依赖MdMYB1的方式促进花青苷在苹果果实中的积累；最终提出了MdSIZ1应答低温等环境信号、促进花氰苷积累和果实着色的调控途径（Fig. 1）。

Fig. 1. MdSIZ1应答低温等环境信号、促进花氰苷积累和果实着色的调控途径

在Journal of Experimental Botany论文中，研究团队还解析了蔗糖调控苹果花氰苷积累的信号途径和分子机理。研究发现，蛋白激酶MdSnRK1.1在蔗糖诱导的花氰苷积累中具有重要作用，进一步研究发现，MdSnRK1.1可以与茉莉酸信号途径的关键阻遏蛋白MdJAZ18相互作用，进而诱导MdJAZ18发生磷酸化修饰，促进MdJAZ18的降解；而MdJAZ18能够与花氰苷合成调控蛋白MdbHLH3蛋白互作，抑制其功能。因此，蔗糖信号通过MdSnRK1.1蛋白激酶与茉莉酸信号发生crosstalk，征集茉莉酸信号途径的阻遏蛋白MdJAZ18，通过该蛋白调控花氰苷合成调控蛋白MdbHLH3，最终调控花氰苷的积累水平（Fig. 2）。这些研究结果进一步证明，花氰苷合成相关的MBW蛋白复合体也是应答不同信号的关键调控机构，低温和蔗糖等信号分别通过MdMYB1和MdbHLH3转录因子调控苹果花氰苷积累和果实色泽形成。

Fig. 2蔗糖参与苹果花氰苷积累的调控网络

研究在山东农业大学作物生物学国家重点实验室和园艺科学与工程学院完成，博士研究生周李杰和刘肖娟分别为两篇论文的第一作者，长江学者郝玉金教授为通讯作者，相关工作得到了国家杰出青年科学基金的资助。

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