研究揭示鈣信號調(diào)控番木瓜果實成熟的分子機制
近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院副研究員朱孝揚、教授李雪萍團隊研究揭示了鈣、脫落酸和乙烯信號互作調(diào)控番木瓜果實后熟機制。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)一種深受消費者喜愛的水果，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，隨著呼吸和乙烯高峰的出現(xiàn)，果實迅速轉(zhuǎn)黃軟化，導(dǎo)致貯藏期大大縮短，果實品質(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離子，參與了植物和園藝作物的生長發(fā)育以及脅迫應(yīng)答等各種過程。作為一種安全無毒的保鮮劑，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的成熟和衰老，保持果實的品質(zhì)。然而，鈣調(diào)控果實成熟的分子機制尚不清楚。乙烯和脫落酸（ABA）在果實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，但較少有研究報道它們在果實成熟調(diào)控中的相互作用及調(diào)控機制。
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成熟，同時從番木瓜果實中鑒定了一組與成熟相關(guān)的鈣調(diào)蛋白類蛋白CpCMLs，其中CpCML15在所有CpCMLs /CpCaMs中表達水平最高，并受到乙烯的嚴(yán)格調(diào)控。該研究進一步證實CpCML15參與了果實成熟，其與鈣離子結(jié)合，并且與ABA信號的候選元件CpPP2C46/65相互作用并受到鈣離子的調(diào)控，同時蛋白互作進一步抑制CpPP2C46/65的活性。
CpPP2C46/65的表達也與果實成熟密切相關(guān)，且受乙烯調(diào)控。外源ABA處理促進了番木瓜果實成熟和CpCML15、CpPP2C46/65和成熟相關(guān)基因的表達。瞬時過表達CpCML15和CpPP2C46/65促進番木瓜果實成熟和乙烯信號及成熟相關(guān)基因的表達，而瞬時沉默抑制了CpCML15和CpPP2C46/65的表達，延遲了果實的轉(zhuǎn)黃和軟化，并抑制了乙烯信號傳導(dǎo)和軟化相關(guān)基因的表達。在番茄果實中過表達CpCML15促進了乙烯合成和增強成熟相關(guān)基因的表達，進而促進果實軟化和成熟。
此外，CpPP2C46和CpPP2C65分別與ABA和乙烯信號通路中與果實成熟密切相關(guān)的兩個轉(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)控果實成熟，并且它們的相互作用通過CpCML15 - CpPP2C46/65-CpABI5 /CpERF003-like通路介導(dǎo)了果實成熟過程中鈣、ABA和乙烯信號的信號交互作用。
論文通訊作者朱孝揚表示，該研究首次揭示了鈣信號調(diào)控番木瓜果實成熟的分子機制，為番木瓜果實采后成熟調(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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