近日，New Phytologist在線發(fā)表題為“The regulatory module MdBZR1–MdCOL6 mediates brassinosteroid- and light-regulated anthocyanin synthesis in apple”的研究論文，系統(tǒng)地闡明了蘋果MdBZR1–MdCOL6模塊整合光和BR信號(hào)以調(diào)控蘋果花青苷生物合成的分子機(jī)制。園藝科學(xué)與工程學(xué)院果樹種質(zhì)資源與遺傳育種團(tuán)隊(duì)陳學(xué)森教授和王楠副教授為論文通訊作者，博士生王意程為論文第一作者。

花青苷（Anthocyanins）是植物中由苯丙氨酸代謝途徑合成的一種次生代謝產(chǎn)物，廣泛分布于各類植物的不同組織和器官內(nèi)。花青苷不僅能使許多植物的花、果實(shí)等呈現(xiàn)鮮艷的紅色、紫色或藍(lán)色，而且在人體抗氧化、預(yù)防心腦血管疾病及抗腫瘤等方面成效顯著。因此，闡明調(diào)控果實(shí)中花青苷合成的分子機(jī)制將為果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的遺傳改良提供可行途徑。

花青苷合成除了受到一系列結(jié)構(gòu)基因和轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控外，還受光照、糖、激素、pH、溫度等因素的支配。其中，光信號(hào)能夠整合溫度、激素等多種途徑協(xié)同調(diào)節(jié)植物中花青苷的積累。已有研究初步證實(shí)油菜素內(nèi)酯（BR）影響黃酮類化合物的合成，并且BRs可通過抑制黃酮化合物合成增加擬南芥對(duì)紫外光UV-B輻射的敏感性。BRASSINAZOLE-RESISTANT 1（BZR1）是BR信號(hào)途徑的中樞調(diào)節(jié)因子，可整合來自多種途徑的信號(hào)以協(xié)調(diào)植物發(fā)育。然而，BZR1對(duì)花青苷生物合成的作用研究還相對(duì)較少。

該研究首次揭示了由蘋果MdBZR1和B-box蛋白MdCOL6介導(dǎo)的光與BR信號(hào)通路之間的拮抗關(guān)系。外源施加蕓苔素內(nèi)酯（BL，活性最高的BR）能夠抑制高光誘導(dǎo)的紅肉蘋果幼苗中花青苷的積累，而光照強(qiáng)度的增加降低了內(nèi)源BR的含量。MdBZR1過表達(dá)抑制蘋果植株中花青苷的合成。暴露于高光強(qiáng)度可促使去磷酸化MdBZR1（活性形式）蛋白降解，導(dǎo)致功能受損。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析結(jié)合酵母單雜交試驗(yàn)（Y1H）、凝膠阻滯實(shí)驗(yàn)（EMSA）和雙熒光素酶報(bào)告試驗(yàn)表明，MdBZR1為MdCOL6的上游抑制因子，而MdCOL6正調(diào)控蘋果植株中花青苷的合成。此外，MdBZR1通過與MdCOL6互作，減弱其對(duì)花青苷合成相關(guān)結(jié)構(gòu)基因MdUFGT和MdANS的轉(zhuǎn)錄激活，從而負(fù)調(diào)控MdCOL6介導(dǎo)的花青苷積累（圖1）。

圖1 MdBZR1負(fù)調(diào)控MdCOL6介導(dǎo)的花青苷合成

該研究建立了以MdBZR1–MdCOL6復(fù)合體為核心的分子調(diào)控模型（圖2），通過整合BR和光信號(hào)以調(diào)節(jié)蘋果中花青苷的生物合成。闡明了花青苷生物合成調(diào)控過程中光和BR信號(hào)整合的分子基礎(chǔ)，為蘋果果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的遺傳改良提供理論依據(jù)。

圖2 MdBZR1-MdCOL6復(fù)合體調(diào)節(jié)花青苷合成的工作模型

該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、山東省農(nóng)業(yè)良種工程和中國(guó)博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。

文章鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.18779

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