近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)蘋果抗逆與品質(zhì)改良創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)李明軍教授負(fù)責(zé)的果實(shí)品質(zhì)形成與調(diào)控課題組在Nature Plants上發(fā)表了題為“The SnRK2.3-AREB1-TST1/2 cascade activated by cytosolic glucose regulates sugar accumulation across tonoplasts in apple and tomato”的最新研究成果。該研究鑒定出一條受胞質(zhì)葡萄糖信號誘導(dǎo)的SnRK2.3-AREB1-TST1/2通路，探明了兩類功能不同的液泡膜糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ERDL6和TST1/2協(xié)同調(diào)控可溶性糖積累的分子機(jī)制，從分子水平深入解答了為什么果實(shí)中的葡萄糖和果糖等己糖含量可達(dá)鮮重10%，而葉片等器官含量不足1%的科學(xué)問題。

 

　　可溶性糖含量是果實(shí)品質(zhì)的核心，不僅直接影響果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)，還是果實(shí)其它品質(zhì)物質(zhì)的合成前體。液泡中糖的積累能力是果實(shí)糖含量的主要決定因素，受液泡膜定位的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白高度控制，探明液泡膜糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)及活性的分子機(jī)制，對果實(shí)品質(zhì)的生物育種方法創(chuàng)新具有重要意義。該課題組前期研究證實(shí)，液泡膜上兩類負(fù)責(zé)糖外排和內(nèi)吸的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ERDL6和TST1/2能夠協(xié)同調(diào)控糖的積累（Zhu et al., 2021, PNAS），但是ERDL6引起的液泡葡萄糖外排是如何調(diào)控內(nèi)吸糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白TST表達(dá)尚不清楚（Braun, 2022），目前尚不能通過栽培措施和分子手段對果實(shí)糖積累能力進(jìn)行有效的調(diào)控。

 

　　該研究首先通過多組學(xué)聯(lián)合分析等方法篩選到參與蘋果ABA信號通路的轉(zhuǎn)錄因子MdAREB1.1/1.2是MdTST1/2的上游候選轉(zhuǎn)錄因子，利用Y1H、ChIP-qPCR等實(shí)驗(yàn)證實(shí)MdAREB1.1/1.2通過結(jié)合在MdTST1/2啟動子的ABRE元件調(diào)控其表達(dá)，證實(shí)在MdERDL6介導(dǎo)的液泡Glc外排可通過MdAREB1.1/1.2調(diào)控MdTST1/2表達(dá)進(jìn)而調(diào)控液泡糖的積累能力。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，液泡Glc外排主要通過調(diào)控MdAREB1.1/1.2的磷酸化影響其對MdTST1/2的轉(zhuǎn)錄激活能力，而蛋白激酶MdSnRK2.3的表達(dá)響應(yīng)胞質(zhì)的Glc水平，與MdAREB1.1/1.2蛋白互作，通過磷酸化MdAREB1.1/1.2第21位的絲氨酸，穩(wěn)定激活MdAREB1.1/1.2對MdTST1/2的正調(diào)控作用，從而證實(shí)MdSnRK2.3是MdERDL6介導(dǎo)的胞質(zhì)Glc信號調(diào)控液泡糖積累能力的核心調(diào)控基因。該信號通路在番茄果實(shí)中也得到了證實(shí)，這也是果實(shí)發(fā)育過程中糖含量調(diào)控的主要通路。該結(jié)果不僅探明了兩類液泡糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)同調(diào)控糖積累的分子機(jī)制，挖掘出了調(diào)控果實(shí)糖含量的關(guān)鍵基因，也證實(shí)了干旱誘導(dǎo)的ABA信號在果實(shí)糖積累中的重要作用，為果實(shí)發(fā)育后期通過控水提高果實(shí)品質(zhì)提供了理論支撐。

 

　　園藝學(xué)院在站博士后祝令成和在讀碩士研究生李燕珍為論文第一作者，李明軍教授、馬鋒旺教授和阮勇凌教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、陜西省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、國家蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和澳大利亞研究理事會的資助。

 

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