中國農(nóng)業(yè)大學(xué)揭示低溫抑制草莓果實著色不良的分子機(jī)制

2022年1月9日，《The Plant Cell》在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李冰冰課題組題為“Low temperature inhibits anthocyanin accumulation in strawberry fruit by activating FvMAPK3-induced phosphorylation of FvMYB10 and degradation of Chalcone Synthase 1”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)低溫通過激活FvMAPK3誘導(dǎo)的FvMYB10磷酸化和查爾酮合酶FvCHS1降解來抑制草莓果實中花青素的積累，為培育耐低溫、果實品質(zhì)優(yōu)良的草莓品種提供了有價值候選基因。

低溫環(huán)境往往導(dǎo)致草莓果實著色不良，從而大大降低其商業(yè)價值?；ㄇ嗨厥遣葺麑嵵械闹饕?，影響果實品質(zhì)和營養(yǎng)價值?；ㄇ嗨氐纳锖铣捎梢幌盗薪Y(jié)構(gòu)基因所編碼的酶催化而成，查爾酮合酶（CHS）是生物合成途徑中主要的限速酶。近期研究發(fā)現(xiàn)，含Kelch結(jié)構(gòu)域的F-box蛋白（KFB）可介導(dǎo)CHS泛素化和降解。除生物合成基因外，包括MYB10/1/9、bHLH3、SnRK2.6、MADS1/9等在內(nèi)的調(diào)控因子也參與調(diào)節(jié)草莓果實中花青素的積累。其中，R2R3型FvMYB10/FaMYB10轉(zhuǎn)錄因子已被鑒定是調(diào)控二倍體野生草莓和八倍體栽培草莓果實花青素合成的關(guān)鍵分子開關(guān)，但目前尚不清楚影響FvMYB10轉(zhuǎn)錄激活活性的上游成分及FvMYB10如何感知外界環(huán)境或信號刺激以調(diào)節(jié)花青素積累的具體機(jī)制。

該研究發(fā)現(xiàn)4 ℃或10 ℃處理后，果實花青素積累速率和總花青素含量降低，并發(fā)現(xiàn)FvMAPK3活性在4 ℃處理30 min后大幅上升，表明其可能是快速響應(yīng)低溫脅迫的下游信號成分。功能分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)vMAPK3負(fù)調(diào)控草莓果實成熟，花青素含量、生物合成基因、FvMYB10、軟化相關(guān)基因在FvMAPK3轉(zhuǎn)基因果實中顯示下調(diào)。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)vCHS1和FvMYB10同時與FvMAPK3互作。FvMAPK3因而通過兩種機(jī)制抑制花青素積累，一方面FvMKK4-FvMAPK3級聯(lián)通過增強(qiáng)FvKFB1介導(dǎo)的FvCHS1降解來抑制低溫下花青素的生物合成；另一方面FvSnRK2.6-FvMAPK3和FvMKK4-FvMAPK3信號模塊通過磷酸化作用降低FvMYB10的轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而抑制其介導(dǎo)的花青素生物合成。此外，F(xiàn)vMAPK3對FvMYB10磷酸化位點缺失突變體FvMYB104A的轉(zhuǎn)錄活性抑制明顯減弱，而該發(fā)現(xiàn)為低溫下草莓果實的正常著色提供了潛在育種價值。