中國農(nóng)大新聞網(wǎng)訊 近日，The Plant Cell在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)大學韓振海、吳婷團隊題為“Phosphorylation of MdERF17 by MdMPK4 Promotes Apple Fruit Peel Degreening during Light/Dark Transitions”的研究論文，揭示了MdMPK4磷酸化MdERF17調(diào)控蘋果果實發(fā)育成熟過程中果皮褪綠的分子機制。

 

　　蘋果果實成熟的外觀標志之一是葉綠素降解和花青苷積累引起的果皮色澤變化，且果皮著色受光誘導而葉綠素降解則在黑暗中促進。然而，到目前為止，對于果實果皮褪綠和著色這兩個過程是否偶聯(lián)且這兩個過程是否存在晝夜分工協(xié)作仍不清楚。

 

　　團隊在前期研究表明，蘋果中乙烯響應轉(zhuǎn)錄因子ERF17主要調(diào)控蘋果果皮的褪綠。同時隨著ERF17基因編碼區(qū)絲氨酸 （S）殘基串聯(lián)重復數(shù)目的增加，基因的轉(zhuǎn)錄活性以及對下游葉綠降解相關結(jié)構基因PPH、NYC啟動子的結(jié)合能力和穩(wěn)定性也隨之增強，從而促進蘋果果皮葉綠素的降解 （Han et al., 2018）。

 

　　由于ERF17絲氨酸蛋白殘基重復數(shù)存在自然變異，為深入探究編碼區(qū)增加的絲氨酸作為重要的潛在MAPK的磷酸化位點是否能夠影響ERF17的磷酸化程度，團隊進一步明晰了關鍵調(diào)控果皮褪綠 ERF17基因多態(tài)位點的生物學意義，及其翻譯后修飾的相互協(xié)同調(diào)節(jié)關系。該研究首先證明了MdMPK4和MdERF17的互作作用，進而通過體內(nèi)體外磷酸化試驗和位點突變分析，發(fā)現(xiàn)MdERF17的Thr-67殘基是MdMPK4-14G的主要磷酸化位點。LUC活性分析及功能驗證實驗表明，Thr-67磷酸化對于MdERF17在調(diào)控蘋果果皮褪綠中的作用是必需的。并且MdERF17絲氨酸蛋白重復數(shù)的不同能夠通過影響MdERF17與MdMPK4-14G的結(jié)合活性進而影響ERF17的磷酸化程度，揭示了 MdERF17自然變異造成的不同磷酸化程度對其調(diào)控果皮褪綠的重要性。基于以上試驗結(jié)果，作者接下來研究了MdMPK4-14G在果實發(fā)育成熟過程中對果皮褪綠的調(diào)控作用，發(fā)現(xiàn)MdMPK4-14G在基因和蛋白水平上均響應晝夜節(jié)律，從而導致此時的MdERF17磷酸化水平升高。隨后通過基因功能驗證以及對果實進行不同光照處理，進一步明確黑暗條件下，MdMPK4-14G通過磷酸化MdERF17正向調(diào)控蘋果果皮褪綠。結(jié)合近期研究結(jié)果光照條件下MdMPK4-06G通過磷酸化MdMYB1參與調(diào)控蘋果果皮花青苷的合成 （Yang et al., 2021）。該研究不僅闡釋了MdERF17蛋白翻譯后修飾的分子遺傳調(diào)控機理，同時揭示了兩個MdMPK4蛋白分別參與調(diào)控葉綠素降解和花青素積累以響應光/暗轉(zhuǎn)換的分子機制。

 

　　韓振海教授、吳婷副教授為該論文的共同通訊作者。博士生王帥為論文第一作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、北京科技創(chuàng)新服務能力建設-高精尖學科、111引智平臺項目支持。

 

　　韓振海、吳婷課題組長期從事果樹發(fā)育生物學與砧木育種研究，取得了一系列重要研究進展，在The Plant Cell、Plant Physiology、The Plant Journal、Plant, Cell & Environment、Journal of Experimental Botany 、Plant& Cell Physiology等國際主流學術期刊發(fā)表論文30余篇。