2月24日，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院果樹分子與發(fā)育生物學(xué)團(tuán)隊(duì)和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)合作在Plant Physiology上在線發(fā)表了題為“Genetic variation in the promoter of an R2R3−MYB transcription factor determines fruit malate content in apple (Malus domestica Borkh.)”的研究論文，揭示了蘋果果實(shí)蘋果酸積累調(diào)控的新機(jī)制。青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院賈東杰博士為論文第一作者，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)原永兵教授和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)韓振海教授、張新忠教授為論文共同通訊作者。

蘋果酸是影響蘋果果實(shí)風(fēng)味和加工品質(zhì)的重要代謝物質(zhì)，精確控制蘋果酸含量一直是蘋果育種的重要目標(biāo)，因此解析蘋果酸積累的分子調(diào)控機(jī)制成為該領(lǐng)域重要的科學(xué)問題。蘋果酸含量是由多基因控制的數(shù)量性狀，研究人員前期對(duì)蘋果果實(shí)酸度性狀進(jìn)行了QTL定位，發(fā)現(xiàn)位于第8號(hào)染色體的qtl08.1基因座是決定蘋果酸含量的一個(gè)主效位點(diǎn)，并認(rèn)為MdMYB44是關(guān)鍵候選基因，在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)完成，結(jié)果發(fā)表在Plant Journal上，Jia et al., 2018, 95:427-443。在此基礎(chǔ)上，研究人員在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院進(jìn)一步進(jìn)行了候選基因MdMYB44的功能和調(diào)控機(jī)制解析。

該研究發(fā)現(xiàn)，MdMYB44是一個(gè)R2-R3類MYB轉(zhuǎn)錄因子，將MdMYB44的過表達(dá)載體和干擾載體轉(zhuǎn)化蘋果愈傷組織和注射蘋果果實(shí)，證實(shí)MdMYB44負(fù)向調(diào)控蘋果酸的積累。該研究還解析了MdMYB44調(diào)控蘋果酸積累的通路，即MdMYB44通過抑制蘋果酸相關(guān)基因Ma1、Ma10、MdVHA-A3、MdVHA-D2的啟動(dòng)子活性，負(fù)向調(diào)控果實(shí)蘋果酸的積累。對(duì)蘋果不同種質(zhì)資源基因型分析發(fā)現(xiàn)，MdMYB44啟動(dòng)子區(qū)域的2個(gè)單堿基核酸多樣性變異位點(diǎn)SNP T/−與SNP A/G通過組合成不同單倍型控制蘋果酸含量，SNP T和SNP A組合成的單倍型中MdMYB44基因高表達(dá)引起低蘋果酸含量，SNP −和SNP G的組合MdMYB44表達(dá)量低導(dǎo)致高蘋果酸含量。PlantCARE分析當(dāng)SNP T/−為T時(shí)，為bHLH類轉(zhuǎn)錄因子的核心結(jié)合元件E-box，該研究鑒定了與該E-box特異性結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子MdbHLH49，MdbHLH49同時(shí)能與MdMYB44互作增強(qiáng)其活性，負(fù)向調(diào)控果實(shí)蘋果酸的積累。當(dāng)SNP A/G位點(diǎn)為A時(shí)，為核心元件TATA-box，該TATA-box能增強(qiáng)MdMYB44的啟動(dòng)子活性。

該研究揭示了MdMYB44在蘋果酸積累中的調(diào)控模式和作用機(jī)理，并驗(yàn)證了其啟動(dòng)子區(qū)變異位點(diǎn)SNP T/−和SNP A/G對(duì)其啟動(dòng)子活性的影響，最后鑒定與SNP T對(duì)應(yīng)元件特異性結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。該研究對(duì)深入研究蘋果果實(shí)蘋果酸積累的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)蘋果酸含量高效的分子標(biāo)記，加速蘋果分子育種進(jìn)程，保障蘋果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。(記者 王健高 通訊員 曲天澤)

關(guān)鍵詞： 蘋果酸積累調(diào)控新機(jī)制