中科院遗传所李传友组在果实成熟调控机理方面取得进展

果实在人类膳食结构中占有重要地位，是维生素、类胡萝卜素、类黄酮等多种健康有益物质的重要来源。果实成熟是果实发育的重要阶段，同时也是果实营养品质和风味品质形成的关键时期。阐明果实成熟的调控机理对提升果实品质具有重要的指导意义。

果实成熟是一个高度程序化的复杂生物学过程。该过程涉及众多成熟相关基因的时空特异性表达，从而引发果色、质地、营养、风味、香气等一系列生理生化特性的变化。因此从某种意义上来讲，果实成熟是一个被精密调控的转录重编程过程。根据成熟过程中是否出现呼吸高峰及乙烯释放高峰，可将果实分为呼吸跃变型和非呼吸跃变型。番茄是研究呼吸跃变型果实成熟的经典模式植物。在番茄中，植物激素乙烯作为关键的成熟信号分子对触发全基因组范围内的转录重编程至关重要。共沉默番茄乙烯信号途径核心转录因子EIN3/EIN3-LIKE 1–4（EIL1–4），果实表现出严重的不成熟表型。除了EIL外，人们还从番茄中鉴定到多个调控果实成熟的转录因子，包括RIPENING INHIBITOR（RIN）、NON-RIPENING（NOR）、COLORLESS NON-RIPENING（CNR）、FRUITFULL 1（FUL1）等。EIL如何与这些调控发育的转录因子协同调控果实成熟？它们又如何将成熟信号传递给RNA聚合酶II (Pol II)通用转录机器，从而指导转录重编程？这些问题尚需进一步研究。

中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究组长期以番茄为模式研究植物防御病虫侵害与果实品质形成的分子机制，并应用于育种。该研究组最近的研究发现，番茄转录中介体亚基MED25通过与EIL的直接物理互作，从而作为EIL与Pol II之间沟通的桥梁精准控制成熟过程中的转录重编程过程。他们发现：1. MED25反义抑制材料表现出类似于EIL1–4共沉默材料成熟缺陷的表型；2. MED25与EIL1–4存在直接的物理互作；3. MED25与EIL共同调控了五千多个成熟相关基因的表达。上述结果表明，MED25与EIL形成转录复合体从而调控成熟相关基因的表达。进一步研究发现，EIL–MED25一方面通过启动子结合直接调控部分成熟结构基因的表达，另一方面靶向下游次级转录因子（如RIN、NOR、CNR和FUL1等）间接调控部分成熟结构基因的表达。此外还发现，EIL–MED25与下游转录因子同时形成正负反馈回路来维持成熟过程中的乙烯内稳态。这一发现加深了人们对果实成熟调控机理的了解，对未来利用新兴生物技术提升果实品质具有启示作用。

图：MED25与EIL互作调控果实成熟

该研究成果于2022年12月6日在线发表于The Plant Cell（DOI: 10.1093/plcell/koac349）。李传友研究组的邓磊副研究员、杨天霞博士、李倩博士（目前就职于中国农业大学）和博士生常泽乾为该论文的共同第一作者。李传友研究员和邓磊副研究员为共同通讯作者。山东农业大学的孟宪文副教授、青岛市农业科学研究院的黄婷婷研究员、北京市农林科学院的李常保研究员和香港中文大学的钟思林教授等人参与了研究工作。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

转自：“iPlants”微信公众号

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