踐行營養健康的“大食物觀”意義重大。花青苷是植物中普遍存在的一種天然色素，不僅能使許多植物的果實呈現鮮艷的紅色、紫色或藍色，而且在人體抗氧化、預防心腦血管疾病及抗腫瘤等方面成效顯著。近年來，眾多因富含花青苷而呈現特異果肉顏色的新型園藝產品，例如紫番茄、血橙、紅心獼猴桃以及紅肉蘋果等受到了研究人員與消費者的廣泛關注。在紅肉蘋果中，關鍵轉錄因子MdMYB10啟動子中的6個23bp的微衛星串聯重復序列（R6）的插入導致了其自身的反式激活活性，賦予了蘋果紅肉表型。但是，團隊在育種工作中發現同樣R6基因型的蘋果仍會表現出不同程度的紅肉性狀，表明除MdMYB10外，還有其他遺傳因素參與調控蘋果的紅肉性狀。

近日，國際知名期刊Advanced Science在線發表了園藝科學與工程學院陳學森教授團隊和康奈爾大學Lailiang Cheng教授團隊合作的題為“A Functional InDel in the WRKY10 Promoter Controls the Degree of Flesh Red Pigmentation in apple”的研究論文。該研究發現一個新的WRKY家族轉錄因子MdWRKY10能夠結合到MdMYB10的啟動子并激活其轉錄，并在MdWRKY10等位基因的啟動子區域檢測到一個163 bp的InDel，導致MdWRKY10和MdMYB10的轉錄水平增加，從而在R6背景下解釋了蘋果紅肉性狀新的遺傳機制。該工作對豐富蘋果紅肉性狀的遺傳機制，培育營養保健的特色紅肉蘋果新品種，推動我國蘋果產業優質高效發展具有重要意義。

陳學森教授團隊已開展紅肉蘋果育種研究工作20年，創制出全紅肉蘋果優異種質CSR6R6，該株系為純合的R6R6:MdMYB10基因型。團隊進一步將R6R6紅肉種質與R1R1白肉栽培品種雜交構建了雜種分離群體。研究表明，雜交分離群體中140個單株均為R6R1:MdMYB10雜合基因型，但其果肉的紅色程度與花青苷含量卻差異顯著。顯然，R6:MdMYB10基因型的差異不足以解釋蘋果紅肉表型遺傳多樣性的變化。為進一步探究蘋果紅肉性狀的遺傳機制，團隊進一步以群體中存在極端表型的全紅肉和非紅肉蘋果為試材探究了不同紅肉株系基因組之間的結構變異（SVs）。在紅肉和非紅肉蘋果基因組之間共鑒定出包括插入、缺失、重復以及倒置在內的125, 451個SV。結果發現，在紅肉蘋果基因組的MdWRKY10啟動子區中存在一個163bp長的InDel，命名為R-InD。群體中紅肉株系MdWRKY10啟動子表現為RR-InD純合型，而非紅肉株系同時含有一條長R-InD帶和一條短R-InD缺失帶，表現為Rr-InD雜合型。

圖1 MdWRKY10啟動子中與紅肉性狀相關的163bp插入序列

進一步研究表明，MdWRKY10啟動子中的163 bp插入序列（R-InD）包含一個典型的W-box結合元件，可以使自身蛋白與之結合，增強其轉錄激活活性。在蘋果愈傷組織中過表達與CRISPR敲除表達以及蘋果果實中的瞬時表達均證明了MdWRKY10對花青苷合成的重要調控功能。ChIP-seq結果表明，MdWRKY10蛋白能夠特異性結合到MdMYB10以及兩個花青苷合成結構基因MdF3'5'H和MdUFGT的啟動子上，激活它們的表達以促進花青素合成。此外，MdWRKY10能夠與WDR蛋白MdTTG1相互作用，加入到MBW復合體中，增強MdWRKY10的轉錄激活活性。在純合RR-InD基因型中，兩個功能性R-InD等位基因的拷貝使MdWRKY10的轉錄活性顯著高于雜合Rr-InD基因型。這種更高的MdWRKY10表達水平通過MdMYB10的自激活活性進一步放大，顯著促進了蘋果果肉中的花青素合成，導致紅肉表型的形成。該工作結合團隊育種實踐，歷時8年系統揭示了MdWRKY10在蘋果紅肉性狀遺傳調控中的關鍵作用，目前已針對R-InD開發了相關分子標記并申報國家發明專利，將為紅肉蘋果的分子育種提供重要參考。

圖2 MdWRKY10調控蘋果果肉花青素合成及紅肉性狀的工作模型。

山東農業大學園藝學院王楠教授和生命科學學院博士后劉文軍為論文共同第一作者。山東農業大學園藝學院果樹種質資源與遺傳育種團隊陳學森教授以及康奈爾大學Lailiang Cheng教授為論文的共同通訊作者。山東農業大學吳樹敬教授、張宗營副教授、陳子敬副教授、房鴻成副教授以及青島農業大學姜生輝副教授參與了該研究部分工作并提供了重要指導。該研究受到國家自然科學基金面上項目、山東省重點研發計劃良種工程項目、山東省泰山學者工程計劃等項目的資助。

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波