西北农林科技大学李明军课题组揭示苹果果实中果糖含量调控的新机制

以下文章来源于植物生理PlantPhysiol ，作者PP

近日，西北农林科技大学李明军课题组在Plant Physiology发表了题为“Calcyclin-binding protein-promoted degradation of MdFRUCTOKINASE2 regulates sugar homeostasis in apple”的研究论文。该研究以MdFRK2过表达转基因苹果果实中FRK活性及果糖含量恢复为切入点，揭示了MdCacyBP与MdFRK2互作并促进了其蛋白泛素化降解，在翻译后水平调控着果糖激酶FRK活性及果糖含量，在果实果糖水平改良及信号调控中发挥重要作用。

植物中可溶性糖，包括蔗糖，果糖和葡萄糖，不仅调控胞内渗透势、膨压和氧化还原势，也作为信号物质调控着成千上万基因的表达，影响植物生长、发育以及对逆境的抗性。其中，果糖是最甜的可溶性糖，其含量及代谢影响着果实风味品质。果糖激酶（FRK）作为果糖代谢的主要磷酸化酶，调控着果糖利用与积累。MdFRK2作为编码苹果FRK的主要基因，与苹果库细胞中果糖的高效利用有关（Yang et al. 2018; 2019）。课题组前期获得了果糖激酶MdFRK2基因的过表达转基因苹果，发现MdFRK2过量表达增加了FRK活性，显著降低了果糖含量。然而，该研究中发现这些转基因苹果开花结果后，幼叶、韧皮部、根系中FRK活性增加，果糖含量降低，但成熟叶片和果实中FRK活性反而降低，果糖含量甚至有所增加。进一步研究发现，MdFRK2蛋白发生了转录后调控，FRK活性降低，果糖代谢减弱，含量增加。研究MdFRK2转录后调控在植物糖含量稳态调控中的分子机制，对于理解植物中果糖高效利用与积累机制具有重要意义。

该研究通过免疫沉淀检测和质谱分析（IP-MS）鉴定到了一个与MdFRK2互作的E3泛素连接酶MdCacyBP蛋白，发现MdCacyBP能与MdFRK2互作并促进了MdFRK2蛋白被泛素-26S蛋白酶体降解，降低了果糖激酶FRK活性，提高了转基因苹果成熟叶片和果实中果糖浓度，以维持不同器官内果糖含量的稳定。MdCacyBP介导的MdFRK2转录后降解可能是植物长期适应环境的一种自我调控机制，在调节果糖含量稳态中起重要作用，为果糖信号调控机制研究和水果风味改良育种奠定了基础。

MdCacyBP-MdFRK2模块调控植物果糖含量稳态的模式图

西北农林科技大学园艺学院在读博士研究生苏静为本论文第一作者，李明军教授为论文通讯作者，马锋旺教授、马百全副教授等参与了研究。该研究得到了国家自然科学基金，陕西省科技创新团队等项目支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiac549

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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