光是植物生长发育的重要信号，在多个水平上调节植物花色素苷的生物合成，蛋白质磷酸化是光诱导发育过程的一部分。本课题组前期研究发现，MdMPK4可以响应光诱导并被激活，磷酸化修饰MdMYB1以增加其稳定性，从而促进花青素积累 (Yang et al., 2021)。但蛋白质磷酸化在光诱导花青素积累中的作用机制仍需进一步研究。
近日，北京农学院植物科学技术学院果树种质资源创新与利用团队在Plant Biotechnology Journal发表了题为“MPK6-Mediated HY5 Phosphorylation Regulates Light-Induced Anthocyanin Accumulation in Apple Fruit”的研究论文，揭示了光照条件下，MPK6介导HY5磷酸化激活花青素相关基因的转录参与苹果果皮花色素苷积累的分子调控机制。
在本研究中，对光照处理的苹果果实进行蛋白质磷酸化组测序，在蛋白互作网络中发现basic leucine zipper (bZIP)蛋白ELONGATED HYPOCOTYL5 (MdHY5)位于网络的核心位置，表明其在光照处理过程中，能够被显著磷酸化。由此推测磷酸化修饰MdHY5可能在光诱导的苹果果实花色素苷积累中起重要作用。
通过蛋白质相互作用试验证明MdMPK6 能够与MdHY5 相互作用，并通过生物膜层干涉技术 (biolayer interferometry, BLI) 试验对MdMPK6 的两个拷贝MdMPK6-02G，MdMPK6-15G 与MdHY5 的互作程度进行定量分析，发现MdMPK6-15G 与MdHY5的互作程度更强。体外磷酸化试验发现CA-MdMPK6-15G能够磷酸化MdHY5，质谱试验确定MdHY5的磷酸化位点为丝氨酸36残基 (Ser36)。由此表明MdMPK6在光照条件下通过磷酸化直接与MdHY5相互作用并激活MdHY5，从而提高其稳定性。遗传转化分析表明，MdMPK6或MdHY5的大量表达，能够促进花色素苷的积累；而抑制MdMPK6或MdHY5的表达，则抑制了苹果的着色，进一步表明光诱导花青素的积累依赖于MdMPK6激酶的活性，并且是MdHY5的激活所必需的。烟草双荧光素酶试验表明，MdMPK6-15G与MdHY5共同侵染烟草叶片，能够显著增加MdHY5对下游花色素苷生物合成靶基因启动子的激活。
图1. 部分结果展示
由此，本研究建立了MdHY5介导的光诱导苹果果实花色素苷积累机制。当苹果果实摘袋见光后，MdMPK6磷酸化修饰MdHY5从而增加其转录活性，并且磷酸化修饰增加了MdHY5的稳定性，避免了其被MdCOP1降解。本研究拓展了对苹果果实外观品质形成机理的认识，为探索苹果果实中光诱导花色素苷生物合成的转录和翻译后调控提供了新的见解，并为培育具有我国知识产权的特色苹果新品种提供技术支撑。
图2. MPK6磷酸化HY5介导的光诱导花色素苷积累机制
北京农学院植物科学技术学院/北京林木分子设计育种高精尖创新中心田佶教授为该论文的通讯作者，硕士研究生孙文静、李佳霖和已毕业硕士研究生邢一帆、孙玉莹为本文共同第一作者。该项工作得到了北京市科技新星 (Z201100006820142)、国家自然科学基金 (32072543)、北京市教委拔尖人才计划项目 (CIT&TCD201904054)、北京农学院科技创新“火花行动”支持计划 (BUA-HHXD2022001)的资助。
北京农学院果树种质资源创新与利用团队长期从事苹果植物色泽品质形成的分子机理研究，取得了一系列重要研究进展，在The Plant Cell、Plant Biotechnology Journal、Plant Physiology、The Plant Journal、Plant, Cell & Environment、Horticulture Research等国际主流学术期刊发表论文70余篇。
参考文献
Ma HY, Yang T, Li Y, Zhang J, Zhang J, Wu T, Song TT, Yao YC, Tian J (2021). The long noncoding RNA MdLNC499 bridges MdWRKY1 and MdERF109 function to regulate early-stage light-induced anthocyanin accumulation in apple fruit, The Plant Cell, 33(10): 3309-3330.
Yu JX, Qiu KN, Sun WJ, Yang T, Wu T,Song TT, Zhang J, Yao YC, Tian J (2022). A long non-coding RNA functions in high-light-induced anthocyanin accumulation in apple by activating ethylene synthesis, Plant Physiology, kiac049.
Yang T, Ma HY, Li Y, Zhang Y, Zhang J, Wu T, Song TT, Yao YC, Tian J (2021). Apple MPK4 mediates phosphorylation of MYB1 to enhance light-induced anthocyanin accumulation. The Plant Journal doi: 10.1111/tpj.15267.
Yang T, Ma HY, Zhang J, Wu T, Song TT, Tian J, Yao YC (2019). Systematic identification of long noncoding RNAs expressed during light-induced anthocyanin accumulation in apple fruit. The Plant Journal 100, 572-590.
Yu LJ, Sun YY, Zhang X, Chen MC, Wu T, Zhang J, Xing YF, Tian J, Yao YC (2022) ROS1 promotes low temperature-induced anthocyanin accumulation in apple by demethylating the promoter of anthocyanin-associated genes, Horticulture Research, uhac007.
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.13941
转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号
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