中国科学院昆明植物研究所和西南林业大学在解析芒果果实成熟的分子机理方面取得新进展

经Horticulture Research 编委会专家评审，中国科学院昆明植物研究所和西南林业大学联合团队题为Metabolomic and transcriptomic analyses reveal new insights into the role of abscisic acid in modulating mango fruit ripening的研究论文当选Horticulture Research 2022年8月封面文章。

果实不仅在植物繁殖扩散中起到至关重要的作用，而且也为人类的健康提供了丰富的营养物质。果实成熟伴随着风味物质（酸、甜、香等）、果实硬度和外观颜色等一系列生理生化的变化过程。这些生理生化过程通常受到内外因素的共同调控。解析果实成熟过程的生理和分子调控机理对提高果实品质和培育不同成熟期品种（如早熟或晚熟）、以及不同类型果实的贮藏保鲜具有重要的指导意义。

芒果是世界最受欢迎的热带水果之一，被誉为“热带水果之王”。由于芒果果实成熟后期乙烯含量显著累积，长期以来芒果一直被认为是典型的跃变型果实。然而，我们在调查芒果成熟过程的生理变化时，发现芒果成熟期经历的时间差异很大、早熟和晚熟现象很明显，且果实内源激素乙烯在不同品种中（特别是早熟和晚熟品种）差异明显。特别是在一些晚熟品种中乙烯的含量很低。这些乙烯含量低的果实，其成熟过程在生理和分子上是如何介导的？早熟和晚熟特性是如何形成的？这些问题一直缺乏应有的认识。

该研究以芒果晚熟品种凯特芒（Keitt）果实为研究材料，深入调查了果实发育不同阶段（包括发育早期、中期和成熟期）内源激素变化、代谢产物累积规律和基因组的转录变化。结果发现在果实成熟过程中乙烯的含量/释放量很低，没有明显的跃变趋势，然而ABA在果实成熟过程中大量累积，而且ABA含量的变化和果实成熟进程高度关联。强烈预示了ABA可能在凯特芒果实成熟过程中发挥了重要的介导作用。利用广谱靶向代谢组分析技术，系统调查了果实成熟进程中代谢物质的变化规律，阐明了成熟过程中硬度和风味形成的物质基础。利用RNA-seq技术深入调查了果实发育不同阶段的转录组，鉴别了果实发育不同阶段的关键功能基因和调控因子，特别是围绕果实硬度变化（如细胞壁成分）和甜味形成（如蔗糖）等方面，发现了多个成熟相关基因（MiSWEET12/15、MiPLY8、MiPSY、MiHXK1及MiBAM9）与ABA通路的关键调控因子（MiHY5、MiGBF4、MiABI5-like和MibZIP9）的表达紧密关联。结合外源ABA及其抑制剂处理实验，以及ABA信号调控因子和靶点基因的表达分析，进一步利用转录因子和关键靶基因的转录激活实验，清楚地证明ABA信号调控因子直接调控芒果成熟关键基因的表达。这些结果表明，ABA信号对果实成熟进程具有直接的调控作用。

图6 MiHY5直接激活成熟相关基因的表达

基于实验结果，该研究提出了ABA调控芒果果实成熟的一种潜在模型，即随着芒果果实发育和成熟，内源ABA含量逐渐增加，诱导MiHY5等转录因子的表达，并进一步激活蔗糖代谢、果实软化、β-类胡萝卜素积累和淀粉降解等果实成熟相关通路基因的表达，进而介导芒果果实成熟（图7）。本研究为芒果果实成熟调控网络构建提供了新见解。

图7 ABA调控“Keitt”果实成熟的模型

中国科学院昆明植物研究所在读博士研究生武士波为论文第一作者，西南林业大学刘爱忠研究员、中国科学院昆明植物研究所徐伟副研究员和许建初研究员，以及中国热带农业科学院南亚热带作物研究所王松标副研究员为该论文的共同通讯作者。本研究得到云南省科技厅对外科技合作专项（202003AD150004）等项目支持。

作者及团队介绍

中国科学院昆明植物研究所许建初和西南林业大学刘爱忠联合团队，长期从事西南山地重要经济林木资源的发掘和利用，重点开展经济林木（包括木本油料、果树和工业原料植物）重要性状形成的生理和分子机理解析，选育优良经济林木品种，开展高效山地混农林实践。近年来，相关研究成果在Science、PNAS、Genome Biology、Fungal Diversity、Nucleic Acids Research、Plant Physiology、Plant Journal 等国际前沿期刊发表了一系列原创性研究成果。这些研究为经济林木种质资源发掘、利用和高效农林复合系统构建等方面提供了重要的科技支撑。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhac102

转自：“园艺研究”微信公众号

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