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    園藝學院朱孝揚/李雪萍課題組揭示鈣、脫落酸和乙烯信號互作調控番木瓜果實后熟機制

    來源單位及審核人:園藝學院 劉少群編輯:李彥華審核發布:陳芃辰 發布時間:2024-02-08瀏覽次數:10

      近日,植物學知名期刊Plant Biotechnology Journal(中科院一區,2023年IF:13.8)發表了園藝學院朱孝揚/李雪萍課題組題為“Calmodulin-like  protein CML15 interacts with PP2C46/65 to regulate papaya fruit  ripening via integrating calcium, ABA and ethylene signals”的研究論文,首次揭示了鈣信號調控番木瓜果實成熟的分子機制。

      番木瓜(Carica papaya L.)是熱帶和亞熱帶地區一種深受消費者喜愛的水果,是僅次于香蕉、芒果和菠蘿的第四大熱帶水果作物。其作為一種典型的呼吸躍變型果實,隨著呼吸和乙烯高峰的出現,果實迅速轉黃軟化,導致貯藏期大大縮短,果實品質劣變迅速,這成為限制番木瓜產業發展的重要原因之一。鈣離子作為一種多功能的信號離子,參與了植物和園藝作物的生長發育以及脅迫應答等各種過程。作為一種安全無毒的保鮮劑,外源鈣處理可以有效地延緩果蔬的成熟和衰老,保持果蔬的品質,從而有效地延長果蔬的保質期。在番木瓜中,采后的鈣處理也可以有效地延緩果實的成熟和衰老,保持果實的品質。然而,鈣調控果實成熟的分子機制尚不清楚。乙烯和脫落酸(ABA)在果實成熟和衰老中起著至關重要的作用。乙烯是果實成熟過程中研究最多的激素之一,同時ABA也以乙烯依賴或非依賴的方式,或通過調節ABA相關的轉錄因子來調節果實的發育、著色、軟化和品質形成,同樣是調節非躍變和躍變型果實發育和衰老的關鍵激素。雖然鈣、乙烯和ABA都在在果實成熟和植物應激反應中發揮著關鍵作用,但較少有研究報道它們在果實成熟調控中的相互作用及調控機制。

      該課題組在之前的研究中發現鈣處理可以延緩番木瓜果實成熟,同時從番木瓜果實中鑒定了一組與成熟相關的鈣調蛋白類蛋白CpCMLs,其中CpCML15在所有CpCMLs /CpCaMs中表達水平最高,并受到乙烯的嚴格調控。該研究進一步證實CpCML15參與了果實成熟,其與鈣離子結合,并且與ABA信號的候選元件CpPP2C46/65相互作用并受到鈣離子的調控,同時蛋白互作進一步抑制CpPP2C46/65的活性(圖1)。CpPP2C46/65的表達也與果實成熟密切相關,且受乙烯調控。外源ABA處理促進了番木瓜果實成熟和CpCML15、CpPP2C46/65和成熟相關基因的表達。瞬時過表達CpCML15和CpPP2C46/65促進番木瓜果實成熟和乙烯信號及成熟相關基因的表達,而瞬時沉默抑制了CpCML15和CpPP2C46/65的表達,延遲了果實的轉黃和軟化,并抑制了乙烯信號傳導和軟化相關基因的表達。在番茄果實中過表達CpCML15促進了乙烯合成和增強成熟相關基因的表達,進而促進果實軟化和成熟(圖2)。此外,CpPP2C46和CpPP2C65分別與ABA和乙烯信號通路中與果實成熟密切相關的兩個轉錄因子CpABI5和CpERF003-like相互作用。該研究表明CpCML15和CpPP2C46/65正向調控果實成熟,并且它們的相互作用通過CpCML15 - CpPP2C46/65-CpABI5 /CpERF003-like通路介導了果實成熟過程中鈣、ABA和乙烯信號的信號交互作用(圖3)。研究結果為番木瓜果實采后成熟調控技術研發和應用提供了理論研究基礎。

    圖1 CpCML15與CpPP2C46/65以鈣依賴性方式互作,同時蛋白互作影響CpPP2C46/65的磷酸酶活性

    圖2 瞬時超表達和瞬時沉默CpCML15影響了番木瓜果實成熟

    圖3 CpCML15 - CpPP2C46/65 - CpABI5/CpERF003-like介導鈣、ABA和乙烯信號互作調控番木瓜果實成熟模式圖

      朱孝揚/李雪萍課題組一直從事果蔬果實成熟調控機制研究及保鮮技術研發,近年來在Plant Physiology、Journal of Integrative Plant Biology、Postharvest Biology and Technology等植物學和食品領域權威期刊發表論文20多篇,在香蕉、番木瓜等熱帶亞熱帶果蔬成熟機制調控和保鮮技術研發取得了重要進展。

      華南農業大學園藝學院在讀博士生朱秋楠和已畢業碩士譚琴琴為該論文的共同第一作者,園藝學院朱孝揚副研究員為通訊作者,園藝學院李雪萍教授和陳維信教授,以及法國圖盧茲第三大學Jean-Philippe Gaulaud教授參與了該研究。該研究得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學金、國家重點研發計劃、廣州市科技專項計劃和珠江人才計劃的資助。

      相關論文信息:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14297


    文圖/園藝學院 朱孝揚

     

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