近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、園藝林學(xué)學(xué)院程運(yùn)江教授課題組關(guān)于柑橘果實(shí)采后水分代謝調(diào)控機(jī)制的最新研究成果以“CsMYB96 confers resistance to water loss resistance in citrus fruit by simultaneous regulation of water transport and wax biosynthesis”為題在Journal of Experimental Botany發(fā)表。

 

　　作為細(xì)胞內(nèi)重要溶劑，水分在植物生長(zhǎng)發(fā)育及采后諸多過(guò)程中行使著重要功能。課題組前期通過(guò)大規(guī)模轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)綜合分析發(fā)現(xiàn)，采后失水可能是引起柑橘果實(shí)品質(zhì)下降及衰老的關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)之上，課題組以調(diào)控細(xì)胞水分轉(zhuǎn)運(yùn)的水通道蛋白AQPs為切入點(diǎn)，詳細(xì)解析了柑橘果實(shí)采后水分代謝調(diào)控機(jī)制。

 

　　該研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)質(zhì)膜內(nèi)在水通道蛋白CsPIPs在柑橘果實(shí)采后失水過(guò)程中持續(xù)下調(diào)表達(dá)，其中CsPIP2;4在柑橘果皮表達(dá)豐度較高并且具有較好的水分轉(zhuǎn)運(yùn)活性。瞬時(shí)表達(dá)CsPIP2;4的金柑果實(shí)失水率在5小時(shí)后明顯高于對(duì)照組金柑果實(shí)，表明CsPIP2;4的表達(dá)降低有助于延緩果實(shí)采后失水。

 

 

　　進(jìn)一步生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，包括CsMYB96在內(nèi)的多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子可能參與調(diào)控CsPIPs，并且CsMYB96的表達(dá)與多數(shù)CsPIPs表達(dá)顯著負(fù)相關(guān)。體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，CsMYB96 直接結(jié)合CsPIP1;1 和CsPIP2;4上游啟動(dòng)子序列中MYB 結(jié)合元件，并抑制基因表達(dá)。為進(jìn)一步解析CsMYB96在柑橘采后失水過(guò)程中的生物學(xué)功能，本研究分別在擬南芥和金柑果實(shí)中超表達(dá)CsMYB96發(fā)現(xiàn)，超表達(dá)CsMYB96能夠抑制金柑果實(shí)和擬南芥葉片中PIP2;4同源基因的表達(dá)，顯著延緩金柑果實(shí)失水并提高擬南芥抗旱能力。

 

 

　　前人研究表明擬南芥中MYB96可以正調(diào)控蠟質(zhì)合成代謝途徑若干基因，從而直接影響葉片蠟質(zhì)合成過(guò)程。因此本研究檢測(cè)了瞬時(shí)超表達(dá)CsMYB96金柑果實(shí)及穩(wěn)定轉(zhuǎn)化擬南芥蠟質(zhì)成分，發(fā)現(xiàn)超表達(dá)CsMYB96顯著增加了金柑果皮及擬南芥蠟質(zhì)總量。進(jìn)一步的體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)表明，CsMYB96能直接結(jié)合蠟質(zhì)合成相關(guān)基因啟動(dòng)子，并且激活基因表達(dá)。

 

　　研究結(jié)果表明，CsMYB96通過(guò)同時(shí)調(diào)控參與水分運(yùn)輸和表皮蠟質(zhì)生物合成的相關(guān)基因，影響柑橘果實(shí)采后失水。本研究結(jié)果為深入解析柑橘果實(shí)采后失水的調(diào)控機(jī)制提供了新的思路，并對(duì)控制采后失水和保持果實(shí)品質(zhì)具有重要意義。

 

　　我校已畢業(yè)博士研究生張鳴飛為論文第一作者，程運(yùn)江教授及朱峰博士為論文共同通訊作者。成都大學(xué)王金秋副教授、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)已畢業(yè)碩士研究生劉瑞蓮、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生劉海、楊宏賓和朱智峰等人參與本研究工作。本研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金及國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助等項(xiàng)目的資助。

 

　　【英文摘要】

 

　　A citrus R2R3 MYB transcription factor （CsMYB96） was found to alleviate water loss by simultaneously regulating plasma membrane intrinsic proteins （CsPIPs） and wax-related genes. expression profiling indicated that CsPIP1;1 and CsPIP2;4 are representative aquaporins with high expression, and are down-regulated in the peel of postharvest citrus fruit. CsPIP2;4 was further characterized as the predominant CsPIP with high expression and high-water channel activity. Besides, transient overexpression of CsPIP2;4 accelerated the water loss of citrus fruit. The in silico analysis further revealed that the expression of CsMYB96 had a significant negative correlation with that of CsPIPs. In vivo and in vitro experiments confirmed that CsMYB96 can directly repress the expression of CsPIPs. Furthermore, CsMYB96 can activate the wax-related genes and promote wax biosynthesis for defense against water loss. The transient and stable overexpression of CsMYB96 reduced the water loss of citrus fruit and Arabidopsis.

 

　　論文鏈接：https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erab420/6380295?login=true