合肥工业大学张华/胡康棣课题组揭示D-半胱氨酸脱巯基酶参与番茄果实成熟进程

硫化氢（H2S）作为一种信号分子，参与植物生长和发育的多个过程。H2S与其他信号（如乙烯和ROS）的相互作用已引起越来越多的关注。先前的研究表明，外源H2S通过调控抗氧化酶系统和拮抗乙烯的作用，进而减轻膜脂过氧化，抑制果实成熟，但内源性H2S在果实成熟中的影响仍需进一步研究。

2023年2月，Horticulture Research上线了（Advance Access）合肥工业大学食品与生物工程学院张华/胡康棣课题组题为A D-cysteine desulfhydrase, SlDCD2, participates in tomato fruit ripening by modulating ROS homoeostasis and ethylene biosynthesis的研究论文。

首先，作者通过组织表达分析，发现D-型半胱氨酸脱巯基酶（DCD）编码基因SlDCD2的表达在果实成熟过程中呈现上升趋势。随后，用VIGS技术瞬时沉默了果实中SlDCD2的表达，与对照相比，TRV2-SlDCD2果实的成熟速度加快。为进一步验证SlDCD2在果实成熟衰老中的功能，作者通过CRISPR/Cas9转化构建了SlDCD2基因编辑的突变体dcd2，该突变体果实成熟加速，H2S释放减少，半胱氨酸和乙烯含量增加，叶绿素降解增强，类胡萝卜素积累增加。此外，在突变体番茄果实成熟过程中，多个与成熟相关的基因，包括NYC1、PAO、SGR1、PDS、PSY1、ACO1、ACS2、E4、CEL2和EXP的表达相对于野生型明显上调。与野生型果实相比，SlDCD2突变诱发了果实中H2O2和丙二醛（MDA）的积累，这导致了活性氧（ROS）代谢稳态的失衡。相关性分析表明，H2O2与类胡萝卜素含量和成熟相关基因的表达呈正相关，与叶绿素含量呈负相关。

总之，研究结果表明，SlDCD2参与分解半胱氨酸生成内源H2S，dcd2突变体中内源性H2S生成的减少导致果实加速成熟和叶片过早衰老。此外，dcd2突变体中H2S的减少导致H2O2过度积累和乙烯释放增加，表明H2S和SlDCD2在调节ROS平衡和乙烯生物合成中的作用。

图1 SlDCD2基因沉默及基因缺失加速果实成熟

合肥工业大学已毕业硕士生赵玉琪和青年教师胡康棣副教授为该论文共同第一作者，张华教授和胡康棣副教授为该论文通讯作者。课题组青年教师姚改芳副教授、硕士生王思月和彭湘君也参与了部分研究工作。该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、国家重点研发计划、安徽省自然科学基金的资助。

作者团队介绍

团队研究方向：气体分子H2S信号转导；果蔬生理与分子生物学（功能基因挖掘）；果实成熟衰老的调控机理；果实的色素代谢调控。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhad014

转自：“园艺研究”微信公众号

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