棗（Ziziphus jujuba Mill.），鼠李科（Rhamnaceae）棗屬植物，是原產(chǎn)于中國(guó)的特色藥食同源果品。因其具有良好的營(yíng)養(yǎng)保健功效和深厚中國(guó)文化內(nèi)涵的“中國(guó)紅”，深受人們喜愛(ài)。棗果皮著色后細(xì)胞壁木質(zhì)化，大量色素物質(zhì)沉積且難以提取。棗課題組前期研究發(fā)現(xiàn)類黃酮類色素是棗皮色素的主要組分之一（文章前期已發(fā)表于Food Chemistry，農(nóng)林科學(xué)一區(qū)TOP），而木質(zhì)素與類黃酮類物質(zhì)的合成均始于苯丙氨酸途徑，二者之間既相互聯(lián)系又相互競(jìng)爭(zhēng)。因而，研究棗皮著色過(guò)程中木質(zhì)素生物合成調(diào)控有利于棗紅色素的深入研究，目前尚無(wú)相關(guān)報(bào)道。在這種背景下，山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹所干果創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)了棗果皮木質(zhì)化及木質(zhì)素合成機(jī)制研究。

 

　　近日，Horticulture Research（農(nóng)林科學(xué)一區(qū)TOP）在線發(fā)表了該團(tuán)隊(duì)題為The regulation of cell wall lignification and lignin biosynthesis during pigmentation of winter jujube的研究論文。

 

　　本研究通過(guò)石蠟和冷凍切片發(fā)現(xiàn)冬棗果皮著色過(guò)程，木質(zhì)素含量增加，大量色素沉積在細(xì)胞壁中。轉(zhuǎn)錄組和代謝組聯(lián)合分析表明冬棗木質(zhì)素主要為G-S木質(zhì)素，初步鑒定到F5H（LOC107424406）和CCR（LOC107420974）為G-S木質(zhì)素生物合成的關(guān)鍵基因。MYB和NAC家族進(jìn)化樹分析篩選到17個(gè)MYB和6個(gè)NAC轉(zhuǎn)錄因子可能參與木質(zhì)素合成調(diào)控，RNAseq和qRT-PCR表明僅3個(gè)MYB和2個(gè)NAC被當(dāng)作候選轉(zhuǎn)錄因子。對(duì)上述候選因子進(jìn)一步通過(guò)擬南芥異源表達(dá)和冬棗果皮瞬時(shí)注射，結(jié)合擬南芥莖段和冬棗果皮木質(zhì)素-番紅固綠染色，我們鑒定到一個(gè)MYB激活子（LOC107425254）和一個(gè)MYB抑制子（LOC107415078）通過(guò)調(diào)控F5H和CCR參與木質(zhì)素生物合成，鑒定到一個(gè)NAC轉(zhuǎn)錄因子（LOC107435239）僅能促進(jìn)F5H表達(dá)，從而正調(diào)控木質(zhì)素積累。本項(xiàng)研究揭示了冬棗果皮著色過(guò)程中控制木質(zhì)素生物合成的代謝途徑和關(guān)鍵基因，為進(jìn)一步研究木質(zhì)素調(diào)控提供了分子基礎(chǔ)。

 

　　我院果樹所張瓊副研究員為該論文的第一作者，許海峰助理研究員和陳新副研究員為該論文的共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019YFD1001605）、山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程-高層次人才引進(jìn)與培養(yǎng)科研啟動(dòng)費(fèi)（11200214442049）、山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程（CXGC2017D01, CXGC2018E22）、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016GNC113015, 2019GNC106061）和山東省自然科學(xué)基金（ZR2020QC141）等經(jīng)費(fèi)支持。