陈学森团队揭示西部黄土高原苹果着色新机制

作者: 出处: 山东农大报 日期: 2019-04-10

近日,园艺学院陈学森教授团队在紫外线和温度对果实着色影响研究上取得重要突破,首次揭示了MdBBX20基因能够在紫外线和低温条件下促进苹果花青苷的合成,为我国苹果区划和苹果育种提供了更丰富的理论依据。近日,该成果发表在国际知名期刊《植物细胞与环境》上。

色泽是果实外观的重要表现,漂亮的色泽会能提升产品在市场上的竞争力。我国不同区域的紫外线和温度不同,造成了生产中苹果果实着色的明显差别。近年来,我国苹果产区区域分布也发生了显著变化,环渤海地区苹果栽培面积和产量都有所下降,而黄土高原优势区持续快速增长,且向高海拔地区(如甘肃、陕西省)扩张。陈学森课题组在前期调研过程中发现,黄土高原优势区(甘肃静宁县)的紫外线强度是环渤海优势区(烟台)的1.5倍左右,相应的静宁县苹果果实更易着色,果皮中花青苷的含量更多。

之前有学者的研究表明,BBX转录因子家族在拟南芥上有32个成员,其中第Ⅳ亚家族(BBX18-25)在植物光形态建成中的作用被广泛研究。为了遵循唯一差量原则,陈学森课题组在果园中搭建了两个简易温室大棚,对刚摘袋的西部黄土高原苹果品种王林愈伤进行不同紫外线处理,通过对果肉内BBX转录因子第Ⅳ亚家族成员表达量进行差异筛选,得到表达差异显著的基因MdBBX20。除了响应紫外线参与植物的光形态建成以外,该课题组还在MdBBX20的启动子上发现了一个低温响应元件长末端重复序列(LTR)。

为进一步验证MdBBX20在低温信号通路中的作用,陈学森课题组通过分子生物学方法将MdBBX20在苹果中进行过表达处理,并在不同的紫外线和温度条件下进行培养,结果发现过表达MdBBX20的苹果在紫外线和低温条件下积累的花青苷最多。同时该研究还发现MdBBX20基因能够与已证实能够参与苹果花青苷合成的MdbHLH3、MdMYB1、MdDFR、MdANS基因相互作用,进一步理清了MdBBX20基因在紫外线和低温条件下对苹果着色的作用机制。

之前研究表明,HY5在协同调控紫外线和温度信号通路中发挥着重要的作用。陈学森课题组在研究中还发现,MdBBX20能够与苹果HY5发生互作形成蛋白复合体。在MdBBX20-MdHY5蛋白复合体中,MdBBX20能够促进MdHY5与MdMYB1启动子的结合。这说明MdBBX20能够通过与苹果HY5的互作协同调控紫外线和低温两个信号通路。

该成果论文的通讯作者为陈学森教授和王楠博士,第一作者为园艺学院房鸿成博士。本研究得到国家重点研发项目和国家自然科学基金重点项目的资助。