本網(wǎng)訊 11月25日，學(xué)校園藝學(xué)院薛雍松副教授以第一作者在《Journal of Integrative Plant Biology》發(fā)表了題為“The PbrMADS1-PbrMYB169 complex has uniquely emerged to regulate lignification of stone cell in pear”的研究論文，系統(tǒng)揭示了梨PbrMADS1-PbrMYB169模塊調(diào)控果實(shí)石細(xì)胞木質(zhì)化的分子機(jī)制。
梨是薔薇科重要果樹(shù)，在全球范圍廣泛栽培。我國(guó)是世界第一大梨生產(chǎn)國(guó)，擁有豐富的品種資源。與其他薔薇科果實(shí)不同，梨果實(shí)會(huì)形成大量木質(zhì)化的石細(xì)胞，導(dǎo)致口感粗糙，影響果實(shí)品質(zhì)。因此，降低梨果實(shí)中石細(xì)胞含量是育種工作中內(nèi)在品質(zhì)提升的重要目標(biāo)之一。石細(xì)胞主要組分為木質(zhì)素和纖維素，其合成代謝涉及復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，受限于梨果實(shí)研究技術(shù)體系的難度，目前關(guān)于石細(xì)胞形成的遺傳和調(diào)控機(jī)制研究較為有限，仍有待開(kāi)展深入的探索。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)312份梨種質(zhì)資源的石細(xì)胞性狀進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析，鑒定到SEP3亞家族MADS-box基因PbrMADS1，該基因在梨果實(shí)發(fā)育早期的石細(xì)胞中特異性表達(dá)。通過(guò)梨果實(shí)瞬時(shí)轉(zhuǎn)化、梨果肉愈傷及模式植物穩(wěn)定轉(zhuǎn)化等功能驗(yàn)證，揭示了PbrMADS1具有促進(jìn)石細(xì)胞形成的生物學(xué)功能。在其他薔薇科物種中，SEP3基因主要參與花器官發(fā)育和果實(shí)成熟過(guò)程。由此表明，薔薇科中SEP3亞家族基因的生物學(xué)功能發(fā)生了分化。
進(jìn)一步研究表明，PbrMADS1并不能直接激活石細(xì)胞形成相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄，而是與PbrMYB169互作形成蛋白復(fù)合物，增強(qiáng)了PbrMYB169對(duì)木質(zhì)素合成基因的激活作用；蛋白互作研究發(fā)現(xiàn)，PbrMADS1與PbrMYB169的互作具有物種特異性，在蘋(píng)果、枇杷等近緣物種中同源蛋白并不能形成SEP3-MYB169復(fù)合物。序列分析表明，梨PbrMADS1第63位氨基酸為甲硫氨酸（M），而蘋(píng)果與枇杷同源蛋白該位點(diǎn)則為蘇氨酸（T），將PbrMADS1的M63突變?yōu)門(mén)63后，其與PbrMYB169的互作強(qiáng)度顯著減弱，從而削弱了調(diào)控石細(xì)胞形成的功能，研究表明該氨基酸位點(diǎn)的差異是薔薇科蘋(píng)果族間同源SEP3基因功能分化的基礎(chǔ)。
綜上所述，該研究解析了薔薇科物種SEP3亞家族基因功能分化的機(jī)制，揭示了梨中特異的石細(xì)胞調(diào)控模塊和作用機(jī)制，研究結(jié)果為石細(xì)胞性狀的定向遺傳改良和果實(shí)品質(zhì)提升提供了理論依據(jù)與潛在靶點(diǎn)。
學(xué)校園藝學(xué)院薛雍松副教授和山東農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生陳書(shū)琳為共同第一作者，吳俊教授和薛程副教授為共同通訊作者，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一單位。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)等項(xiàng)目的資助。（文圖：薛雍松 初審：程玉峰 復(fù)審：鄭雪林 終審：曹雷）
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.70071
