近日，果蔬園藝作物種質創新與利用全國重點實驗室、園藝林學學院鄧秀新院士團隊在國際學術期刊The Plant Cell上發表了題為 “Red peel regulator 1 links Ethylene response factor 25 and β-citraurin biosynthetic genes to regulate ethylene-induced peel reddening in citrus” 的研究論文。該研究解析了植物激素乙烯調控柑橘果實紅色果皮形成的分子調控機制。
柑橘是全球和我國最重要的果樹之一，2022年中國柑橘種植面積超過4500萬畝，產量超過6000萬噸，柑橘產業在國民經濟發展和鄉村振興事業中發揮著重要作用。提升柑橘果實品質，不僅是科學研究的重要目標，也是提升產業經濟價值和可持續發展的重要保障。
雖然柑橘果實被定義為典型的非呼吸躍變型果實，但乙烯對柑橘果實著色也至關重要，產業上常採用乙烯處理進行柑橘果實脫綠以改善外觀色澤。研究發現乙烯處理對於加速柑橘果實紅色果皮形成也具有顯著效果，但其中的分子機制尚不清晰。
本研究首先明確了乙烯透過啟用類胡蘿蔔素代謝基因，尤其是類胡蘿蔔素裂解雙氧合酶4（CCD4b）表達，促進以紅色類胡蘿蔔素β-檸烏素為主的類胡蘿蔔素積累，最終實現柑橘果實紅色果皮的形成。在此基礎上，本研究透過轉錄組學分析結合分子生化實驗篩選到一個新型Trihelix轉錄因子CsCsRP1（Red peel regulator 1，紅皮調節因子1），特異性結合CsCCD4b啟動子MITE插入所產生的基序（5’-CANNTG-3’），轉錄啟用CsCCD4b表達，促進CsCCD4b催化生成的紅色類胡蘿蔔素β-檸烏素大量積累，進而導致柑橘果皮轉紅。進一步研究發現乙烯響應因子CsERF25受乙烯訊號顯著誘導，其直接結合CsRP1啟動子上兩個DRE元件而轉錄啟用CsRP1表達。透過柑橘果實瞬時表達實驗和柑橘愈傷組織穩定轉化實驗，本研究構建了CsERF25-CsRP1-CsCCD4b轉錄調節級聯反應。在這個級聯反應中，乙烯透過誘導CsERF25表達進而啟用CsRP1轉錄，然後CsRP1直接誘導CsCCD4b轉錄催化β-檸烏素合成。此外，CsRP1和CsERF25還與類胡蘿蔔素代謝通路其他結構基因的啟動子結合並誘導它們轉錄，從而間接促進β-檸烏素積累。
基於以上結果，該研究闡明瞭轉錄級聯反應CsERF25-CsRP1-CsCCD4b介導乙烯促進柑橘果實紅色果皮形成的分子機制。這不僅拓展了乙烯訊號與類胡蘿蔔素代謝調控相關理論研究，同時也為未來透過基因工程手段定向培育色澤新品種提供了重要的基因資源。
華中農業大學園藝林學學院鄧秀新院士為該論文的通訊作者，博士畢業研究生（現就職于山東農業大學）孫權為該論文的第一作者，華中農業大學柑橘研究團隊程運江教授、徐強教授、柴利軍教授、葉俊麗副研究員及多名成員參與了此項研究。該研究在國家重點研發計劃、國家自然科學基金、國家現代農業（柑橘）技術體系和湖北省重點研發計劃的資助下完成。
論文連結：
https://doi.org/10.1093/plcell/koaf010
來源：華中農業大學南湖新聞網
