近日，張紹鈴院士團隊在國際期刊The Plant Journal發(fā)表了題為“PbrbZIP15 promotes sugar accumulation in pear via activating the transcription of the glucose isomerase gene PbrXylA1”的文章，首次揭示了PbrbZIP15-PbrXylA1通過葡萄糖異構途徑促進梨果實糖分積累的調控機制。

 

　　該研究通過梨果實發(fā)育過程中轉錄組與糖分含量關聯(lián)分析挖掘到了與糖分含量高度正相關的轉錄因子PbrbZIP15。經(jīng)驗證發(fā)現(xiàn)，PbrbZIP15可促進梨果糖、蔗糖、葡萄糖與總糖的積累，從而提升果實甜度。PbrbZIP15基因與擬南芥、煙草、番茄等物種中的同源基因有較高的序列相似性，均包含有保守的上游開放閱讀框，該前導肽可參與蔗糖誘導的翻譯抑制過程。

 

　　為深入探究PbrbZIP15參與果實糖分積累的調控機制，研究團隊對PbrbZIP15與糖代謝及轉運相關結構基因進行共表達分析，結合雙熒光素酶報告試驗、ChIP-qPCR、酵母單雜交以及EMSA試驗結果發(fā)現(xiàn)：PbrXylA1作為PbrbZIP15的直接下游靶基因，可被PbrbZIP15轉錄激活。

 

　　XylA可催化D-葡萄糖異構化為D-果糖，在工業(yè)上廣泛被用于生產(chǎn)高果糖玉米糖漿。目前所報道的葡萄糖異構酶大多來源于細菌，而在植物中鮮有報道。本研究通過對不同植物和細菌XylA進行進化分析和序列比對發(fā)現(xiàn)，植物XylA蛋白起源于1.77億年前；與細菌XylA相比，植物XylA蛋白的N端存在富亮氨酸信號肽，可能在其內質網(wǎng)定位過程中發(fā)揮作用。進一步的體外酶活試驗、酵母異源表達以及轉化梨果實與愈傷組織等多種手段共同揭示：PbrXylA1可催化葡萄糖異構為果糖，同時促進梨蔗糖與總糖積累以及甜度的提升。

 

　　綜上得出，PbrbZIP15可激活PbrXylA1的轉錄，從而通過葡萄糖異構途徑，提升梨中果糖含量，并促進蔗糖與總糖積累水平，進而提升果實甜度。該研究為解析梨果實糖分積累機制提供了新見解，拓寬了梨果實糖代謝調控網(wǎng)絡。同時，本研究首次證明了園藝果實存在葡萄糖與果糖的相互異構過程。

 

　　本研究得到了國家自然科學基金（31830081）、江蘇省種業(yè)振興“揭榜掛帥”項目（JBGS（2021）022）、三亞南京農業(yè)大學研究院引導資金項目（NAUSY-MS08）、江蘇省農業(yè)科技自主創(chuàng)新項目（CX（22）2025）、江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程、國家現(xiàn)代農業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系專項（CARS-28）等的資助。南京農業(yè)大學梨工程技術研究中心博士研究生賈璐婷為論文的第一作者，張紹鈴院士和王利斌副教授為共同通訊作者。參與該研究的還有南京農業(yè)大學在讀研究生張旭和李瓊厚，已畢業(yè)博士研究生張贊，喬鑫和楊兵副教授，美國農業(yè)部美國園藝研究實驗室Weiqi Luo研究員以及美國佐治亞大學園藝系Savithri U. Nambeesan教授。南京農業(yè)大學谷超教授、浙江大學潘榮輝教授、美國農業(yè)部美國園藝研究實驗室Jinhe Bai研究員、康奈爾大學Lailiang Cheng教授、密西根州立大學Randy Beaudry教授以及佛羅里達大學Jeffrey Brecht教授等相關同行在文章修改過程中提供了指導和幫助。

 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1111/tpj.16569