PBJ | 四川大学张阳课题组解析SlERF.G3-Like调控番茄果实成熟与代谢的机制

近日，四川大学张阳课题组在《Plant Biotechnology Journal》上发表了题为" SlERF.G3-Like mediates a hierarchical transcriptional cascade to regulate ripening and metabolic changes in tomato fruit "的研究论文。揭示了SlERF.G3-Like在番茄果实成熟进程中的综合作用，包括调节乙烯合成、细胞壁降解和苯丙烷途径，丰富了果实成熟的调控网络，加深了对番茄成熟时果实颜色变化的认识。

番茄是典型的呼吸跃变型果实，其成熟过程受到内源性激素，系列转录因子和外界环境的共同调节和控制。在转录调控网络的严格控制下，番茄果实成熟进程涉及乙烯的产生和信号传导、果实质地变软以及许多代谢物的变化。在关键代谢物中，番茄类胡萝卜素的合成和调控已经有深入研究。除了类胡萝卜素以外，类黄酮也会参与番茄果实颜色改变的进程，但是报道番茄成熟过程中类黄酮合成的调控机制工作相对较少。同时，番茄在果实发育过程中，如何精准协调成熟进程及品质形成的具体机制还有待完善。

在前期的研究中，四川大学张阳课题组基于具有高时空分辨率的MMN数据库，已经鉴定SlERF.G3-Like是类黄酮途径的正调控因子（Li et al., 2020. Molecular Plant）。为了进一步表征该转录因子的功能，在本研究中重新构建了组成型过表达以及基因敲除的稳定转基因植株。研究表明，在番茄中过量表达SlERF.G3-Like导致番茄果实成熟提前，乙烯合成量增加以及果实硬度显著降低。而CRISPR/Cas9-slerf.g3-like基因敲除株系呈现相反趋势。转录组数据显示SlERF.G3-Like广泛影响苯丙烷代谢途径基因和成熟进程相关基因的表达。说明SlERF.G3-Like转录因子在番茄果实成熟和类黄酮类化合物合成的调控过程中具有重要作用。进一步通过Dual-Luc、EMSA等体外功能验证实验表明，SlERF.G3-Like基因自身的表达受到果实成熟调控因子SlRIN的直接调控（图1）。

图1.SlERF.G3-Like调控番茄果实成熟和代谢的模式图

在植物代谢调控中，通过改善代谢通量，可以满足下游生物合成途径的需求，并实现最大产量（Fu et al., 2018. Molecular Plant）。其中，将转录因子运用在代谢工程中已有许多报道，特别是以番茄为底盘应用。白藜芦醇（Resveratrol）是一种植物中天然存在的多酚，其治疗潜力已被广泛报道，具有重要的药用价值和经济价值，因此是是一个良好的代谢工程的目标。白藜芦醇通过苯丙烷类代谢途径合成，其合成的关键基因是StSy,而番茄本身不能合成白藜芦醇。本研究通过在番茄中重新引入来自葡萄的VvStSy基因，以在果实中生成白藜芦醇及其衍生物。后续以35S-SlERF.G3-Like过表达系与E8-VvStSy过表达系分别作为亲本进行杂交，能够进一步提高番茄果实中白藜芦醇及其衍生物的含量，说明SlERF.G3-Like转录因子对于番茄苯丙烷代谢工程研究具有潜在的应用前景（图2）。

图2.SlERF.G3-Like在白藜芦醇代谢工程中的应用

综上所述，该研究进一步揭示了SlERF.G3-Like调控番茄果实成熟和类黄酮合成的分子机制，并成功将其应用于合成生物学研究，为以番茄为底盘的其它天然产物的代谢工程应用研究提供了理论基础。

四川大学生命科学学院博士生游省洁为本研究第一作者，张阳教授为通讯作者。四川大学刘明春研究员和海南大学李彦副教授参与了该课题。本项目得到了四川省自然科学基金创新研究群体等相关项目的支持。

参考文献：

Li Y, Chen Y, Zhou L, et al. MicroTom Metabolic Network: Rewiring Tomato Metabolic Regulatory Network throughout the Growth Cycle[J]. Mol Plant, 2020, 13(8): 1203-1218.

Fu R, Martin C, Zhang Y. Next-Generation Plant Metabolic Engineering, Inspired by an Ancient Chinese Irrigation System[J]. Mol Plant, 2018, 11(1): 47-57.

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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