研究揭示鈣信號(hào)調(diào)控番木瓜果實(shí)成熟的分子機(jī)制
近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院副研究員朱孝揚(yáng)、教授李雪萍團(tuán)隊(duì)研究揭示了鈣、脫落酸和乙烯信號(hào)互作調(diào)控番木瓜果實(shí)后熟機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于《植物生物技術(shù)雜志》。
番木瓜是熱帶和亞熱帶地區(qū)一種深受消費(fèi)者喜愛(ài)的水果，是僅次于香蕉、芒果和菠蘿的第四大熱帶水果作物。其作為一種典型的呼吸躍變型果實(shí)，隨著呼吸和乙烯高峰的出現(xiàn)，果實(shí)迅速轉(zhuǎn)黃軟化，導(dǎo)致貯藏期大大縮短，果實(shí)品質(zhì)劣變迅速，這成為限制番木瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要原因之一。鈣離子作為一種多功能的信號(hào)離子，參與了植物和園藝作物的生長(zhǎng)發(fā)育以及脅迫應(yīng)答等各種過(guò)程。作為一種安全無(wú)毒的保鮮劑，外源鈣處理可以有效地延緩果蔬的成熟和衰老，保持果蔬的品質(zhì)，從而有效地延長(zhǎng)果蔬的保質(zhì)期。
在番木瓜中，采后的鈣處理也可以有效地延緩果實(shí)的成熟和衰老，保持果實(shí)的品質(zhì)。然而，鈣調(diào)控果實(shí)成熟的分子機(jī)制尚不清楚。乙烯和脫落酸（ABA）在果實(shí)成熟和衰老中起著至關(guān)重要的作用。雖然鈣、乙烯和ABA都在在果實(shí)成熟和植物應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，但較少有研究報(bào)道它們?cè)诠麑?shí)成熟調(diào)控中的相互作用及調(diào)控機(jī)制。
研究人員在之前的研究中發(fā)現(xiàn)鈣處理可以延緩番木瓜果實(shí)成熟，同時(shí)從番木瓜果實(shí)中鑒定了一組與成熟相關(guān)的鈣調(diào)蛋白類(lèi)蛋白CpCMLs，其中CpCML15在所有CpCMLs /CpCaMs中表達(dá)水平最高，并受到乙烯的嚴(yán)格調(diào)控。該研究進(jìn)一步證實(shí)CpCML15參與了果實(shí)成熟，其與鈣離子結(jié)合，并且與ABA信號(hào)的候選元件CpPP2C46/65相互作用并受到鈣離子的調(diào)控，同時(shí)蛋白互作進(jìn)一步抑制CpPP2C46/65的活性。
CpPP2C46/65的表達(dá)也與果實(shí)成熟密切相關(guān)，且受乙烯調(diào)控。外源ABA處理促進(jìn)了番木瓜果實(shí)成熟和CpCML15、CpPP2C46/65和成熟相關(guān)基因的表達(dá)。瞬時(shí)過(guò)表達(dá)CpCML15和CpPP2C46/65促進(jìn)番木瓜果實(shí)成熟和乙烯信號(hào)及成熟相關(guān)基因的表達(dá)，而瞬時(shí)沉默抑制了CpCML15和CpPP2C46/65的表達(dá)，延遲了果實(shí)的轉(zhuǎn)黃和軟化，并抑制了乙烯信號(hào)傳導(dǎo)和軟化相關(guān)基因的表達(dá)。在番茄果實(shí)中過(guò)表達(dá)CpCML15促進(jìn)了乙烯合成和增強(qiáng)成熟相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)果實(shí)軟化和成熟。
此外，CpPP2C46和CpPP2C65分別與ABA和乙烯信號(hào)通路中與果實(shí)成熟密切相關(guān)的兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子CpABI5和CpERF003-like相互作用。該研究表明CpCML15和CpPP2C46/65正向調(diào)控果實(shí)成熟，并且它們的相互作用通過(guò)CpCML15 - CpPP2C46/65-CpABI5 /CpERF003-like通路介導(dǎo)了果實(shí)成熟過(guò)程中鈣、ABA和乙烯信號(hào)的信號(hào)交互作用。
論文通訊作者朱孝揚(yáng)表示，該研究首次揭示了鈣信號(hào)調(diào)控番木瓜果實(shí)成熟的分子機(jī)制，為番木瓜果實(shí)采后成熟調(diào)控技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1111/pbi.14297
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