Hortic Res 精选2021 | 转录因子HY5在转录和翻译水平调控番茄果实成熟

番茄（Solanum lycopersicum）是大宗园艺作物，深受全球消费者的喜爱，具有重要的经济价值。番茄是典型的呼吸跃变型果实，也是公认的研究呼吸跃变型果实的模式植物。果实成熟是果实发育的重要阶段，也是果实品质形成的关键时期。因此，研究番茄果实成熟对于了解植物生长发育规律和品质调控机制具有重要意义。已有研究表明，基因表达的转录调控在番茄果实成熟过程中起重要作用，转录因子和某些表观遗传因子直接调控成熟相关基因的转录。然而，番茄果实成熟的转录调控网络并不完整，仍然需要进一步补充完善。

ELONGATED HYPOCOTYL 5（HY5）是光信号通路中起正调控作用的转录因子，它隶属于bZIP转录因子家族，参与调控光形态建成、叶绿体发育和色素积累等生物学过程。然而，HY5对果实成熟的影响及其调控机制并不清楚。

2021年4月，Horticulture Research在线发表了中国科学院植物研究所秦国政研究组题为The transcription factor SlHY5 regulates the ripening of tomato fruit at both the transcriptional and translational levels 的研究论文。在本研究中，利用CRISPR/Cas9技术成功构建了Slhy5敲除突变体，发现突变体果实成熟进程受到抑制，具体表现为果实着色减少和乙烯释放量降低。

RNA-seq分析发现SlHY5 基因突变影响多个成熟相关基因的转录水平，这些基因主要涉及类胡萝卜素合成、花青素合成、乙烯合成及信号转导。ChIP-qPCR实验表明SlHY5直接调控其中19个关键基因的转录，包括SlACS2、SlPSY1 等成熟相关基因。此外，SlHY5还直接调控RIN 和FUL1 等重要成熟相关转录因子的表达。

进一步对RNA-seq数据分析发现，Slhy5 突变体中86%的核糖体蛋白编码基因表达下调，ChIP-qPCR实验表明SlHY5通过直接或间接的方式调控核糖体蛋白编码基因的表达。mRNA表达水平下降使得Slhy5突变体中核糖体蛋白的相对含量显著降低。核糖体蛋白是核糖体装配的核心组件，其含量下降可能会造成核糖体装配失调，进而影响蛋白质翻译。随后，检测了32个成熟相关基因的翻译效率，其中21个基因的翻译效率在Slhy5突变体中显著降低。

综上，本研究表明：转录因子SlHY5在转录水平上直接调控成熟相关基因的表达；同时，SlHY5还通过影响核糖体蛋白基因在翻译水平上调控成熟相关基因的翻译效率。本研究结果为深入了解果实成熟的分子调控网络以及转录因子对基因表达的多层面调控提供了新的依据。

Fig. 7: Model of the regulatory role of SlHY5 in tomato fruit ripening.

中国科学院植物研究所北方资源植物重点实验室果实品质形成与保持研究组秦国政研究员为该论文通讯作者，王威浩副研究员为该论文第一作者。本研究主要在国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会等项目的资助下完成。

文章链接：

https://doi.org/10.1038/s41438-021-00523-0

转自：“园艺研究”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！