践行营养健康的“大食物观”意义重大。花青苷是植物中普遍存在的一种天然色素，不仅能使许多植物的果实呈现鲜艳的红色、紫色或蓝色，而且在人体抗氧化、预防心脑血管疾病及抗肿瘤等方面成效显著。近年来，众多因富含花青苷而呈现特异果肉颜色的新型园艺产品，例如紫番茄、血橙、红心猕猴桃以及红肉苹果等受到了研究人员与消费者的广泛关注。在红肉苹果中，关键转录因子MdMYB10启动子中的6个23bp的微卫星串联重复序列（R6）的插入导致了其自身的反式激活活性，赋予了苹果红肉表型。但是，团队在育种工作中发现同样R6基因型的苹果仍会表现出不同程度的红肉性状，表明除MdMYB10外，还有其他遗传因素参与调控苹果的红肉性状。
近日，国际知名期刊Advanced Science在线发表了园艺科学与工程学院陈学森教授团队和康奈尔大学Lailiang Cheng教授团队合作的题为“A Functional InDel in the WRKY10 Promoter Controls the Degree of Flesh Red Pigmentation in apple”的研究论文。该研究发现一个新的WRKY家族转录因子MdWRKY10能够结合到MdMYB10的启动子并激活其转录，并在MdWRKY10等位基因的启动子区域检测到一个163 bp的InDel，导致MdWRKY10和MdMYB10的转录水平增加，从而在R6背景下解释了苹果红肉性状新的遗传机制。该工作对丰富苹果红肉性状的遗传机制，培育营养保健的特色红肉苹果新品种，推动我国苹果产业优质高效发展具有重要意义。
陈学森教授团队已开展红肉苹果育种研究工作20年，创制出全红肉苹果优异种质CSR6R6，该株系为纯合的R6R6:MdMYB10基因型。团队进一步将R6R6红肉种质与R1R1白肉栽培品种杂交构建了杂种分离群体。研究表明，杂交分离群体中140个单株均为R6R1:MdMYB10杂合基因型，但其果肉的红色程度与花青苷含量却差异显著。显然，R6:MdMYB10基因型的差异不足以解释苹果红肉表型遗传多样性的变化。为进一步探究苹果红肉性状的遗传机制，团队进一步以群体中存在极端表型的全红肉和非红肉苹果为试材探究了不同红肉株系基因组之间的结构变异（SVs）。在红肉和非红肉苹果基因组之间共鉴定出包括插入、缺失、重复以及倒置在内的125, 451个SV。结果发现，在红肉苹果基因组的MdWRKY10启动子区中存在一个163bp长的InDel，命名为R-InD。群体中红肉株系MdWRKY10启动子表现为RR-InD纯合型，而非红肉株系同时含有一条长R-InD带和一条短R-InD缺失带，表现为Rr-InD杂合型。
图1 MdWRKY10启动子中与红肉性状相关的163bp插入序列
进一步研究表明，MdWRKY10启动子中的163 bp插入序列（R-InD）包含一个典型的W-box结合元件，可以使自身蛋白与之结合，增强其转录激活活性。在苹果愈伤组织中过表达与CRISPR敲除表达以及苹果果实中的瞬时表达均证明了MdWRKY10对花青苷合成的重要调控功能。ChIP-seq结果表明，MdWRKY10蛋白能够特异性结合到MdMYB10以及两个花青苷合成结构基因MdF3'5'H和MdUFGT的启动子上，激活它们的表达以促进花青素合成。此外，MdWRKY10能够与WDR蛋白MdTTG1相互作用，加入到MBW复合体中，增强MdWRKY10的转录激活活性。在纯合RR-InD基因型中，两个功能性R-InD等位基因的拷贝使MdWRKY10的转录活性显著高于杂合Rr-InD基因型。这种更高的MdWRKY10表达水平通过MdMYB10的自激活活性进一步放大，显著促进了苹果果肉中的花青素合成，导致红肉表型的形成。该工作结合团队育种实践，历时8年系统揭示了MdWRKY10在苹果红肉性状遗传调控中的关键作用，目前已针对R-InD开发了相关分子标记并申报国家发明专利，将为红肉苹果的分子育种提供重要参考。
图2 MdWRKY10调控苹果果肉花青素合成及红肉性状的工作模型。
山东农业大学园艺学院王楠教授和生命科学学院博士后刘文军为论文共同第一作者。山东农业大学园艺学院果树种质资源与遗传育种团队陈学森教授以及康奈尔大学Lailiang Cheng教授为论文的共同通讯作者。山东农业大学吴树敬教授、张宗营副教授、陈子敬副教授、房鸿成副教授以及青岛农业大学姜生辉副教授参与了该研究部分工作并提供了重要指导。该研究受到国家自然科学基金面上项目、山东省重点研发计划良种工程项目、山东省泰山学者工程计划等项目的资助。
编 辑：万 千
审 核：贾 波
