浙江大學農學院殷學仁教授團隊在獼猴桃果實后熟衰老調控方面取得進展

　　果實是重要的食物來源，因其自身特性，采后果實多易腐爛，且易受各種環(huán)境如光溫濕、激素、病原菌、機械傷等的影響，有較高的損耗。乙烯被認為是最重要的果實成熟衰老相關激素，外源乙烯（或乙烯利）處理對獼猴桃果實后熟軟化具有明顯加速效應。課題組前期利用轉錄組和小RNA組測序，獲得了一些乙烯響應的序列，其中Dof3轉錄因子可以被乙烯誘導，繼而誘導淀粉降解及果實軟化啟動；miR164-NAC通路也可以被乙烯影響，加速果實中后期軟化及芳香物質釋放。多年生果樹基因功能的同源驗證始終是果樹研究領域的瓶頸問題，近年來，浙江大學農學院殷學仁教授課題組致力于構建并成功建成了穩(wěn)定的獼猴桃轉基因體系，通過該體系可探究一些功能注釋并不十分明確的基因，以獲得調控成熟衰老的新基因。結合該轉基因體系和及其它新策略，課題組發(fā)現(xiàn)了獼猴桃果實后熟軟化的新調控因子，近期分別發(fā)表在New Phytol和J Adv Res期刊。

 

　　2021年10月New Phytol刊發(fā)了題為“An ethylene-hypersensitive methionine sulfoxide reductase regulated by NAC transcription factors increases methionine pool size and ethylene production during kiwifruit ripening”研究論文（232: 237-251），報道了獼猴桃調控果實乙烯合成的MSR基因。

 

　　該研究結果建立在成熟的獼猴桃轉基因體系的基礎上，采用了與前期/同類研究完全不同的策略，利用已獲得的轉錄組組學數(shù)據(jù)，采取了“盲選”基因的策略（不關注基因功能注釋，僅關注基因對乙烯處理的響應情況），發(fā)現(xiàn)了具有一定基礎表達量且對乙烯強響應的AdMsrB1基因。生化實驗表明，AdMsrB1重組蛋白可以將結合態(tài)蛋氨酸催化為游離態(tài)蛋氨酸，推測其既響應乙烯又反饋自催化乙烯合成。通過轉基因體系，發(fā)現(xiàn)35S::AdMsrB1過量表達獼猴桃植株中乙烯合成的兩類關鍵前體（Met和ACC）含量升高，且乙烯釋放量提高。該研究表明Msr快速且強烈響應外源乙烯處理，并直接作用于獼猴桃果實內源乙烯合成，揭示了獼猴桃果實乙烯自催化的重要通路。

 

　　雖然轉基因體系可以驗證一些功能未知基因，但大量的差異基因也使得工作進展緩慢。因此，在同期研究中，我們也開展了分析方法的創(chuàng)新，以期提供基因預測的準確率。

 

　　2021年12月5日，J Adv Res期刊在線發(fā)表了題為“Consensus Co-expression Network Analysis Identifies AdZAT5 Regulating Pectin Degradation in Ripening Kiwifruit”研究論文（Doi：https://doi.org/10.1016/j.jare.2021.11.019）。該論文主要創(chuàng)新了分析方法，在近年來新興的一致性共表達網(wǎng)絡分析（Consensus Co-expression Network Analysis, CCNA） 方法的基礎上，利用R語言，通過命令行的編寫/替換，使得CCNA方法可以整合分析轉錄組和果實生理表型，降低了分析過程中的噪音影響，提升了功能基因預測的準確性。研究以果膠降解為范例，預測了一個鋅指蛋白轉錄因子AdZAT5 可通過正向調控果膠代謝過程中的關鍵酶——果膠裂解酶（pectate lyase, AdPL5）和β-半乳糖苷酶（β-galactosidase, Adβ-Gal5）促進獼猴桃果實軟化。該預測結果通過雙熒光素酶系統(tǒng)、電泳遷移率實驗（Electrophoretic Mobility Shift Assay, EMSA）、獼猴桃果實瞬時過表達體系進行了實驗驗證。

 

　　論文1（New Phytol）的第一作者為傅蓓凌（博士研究生，2021年度獲得CSC聯(lián)合培養(yǎng)資助），論文2（J Adv Res）的第一作者為張秋云（博士研究生），通訊作者為殷學仁教授。上述研究分別得到了國家重點研發(fā)項目（2018YFD1000200）、國家自然科學基金（32072635）、浙江省重點研發(fā)項目（2021C02015）、浙江省自然科學基金（LY20C150006）、霍英東基金（161028）、博后基金（2020107）等項目資助。