https://doi.org/10.1186/s43897-024-00100-8
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近日，Molecular Horticulture在线发表了中科院植物研究所梁振昌课题组的综述论文，题为From acidity to sweetness: a comprehensive review of carbon accumulation in grape berries。该文章总结了展示了葡萄浆果的解剖结构（Fig. 1），深入探讨了葡萄浆果在不同发育阶段的糖分和酸积累过程及其对果实品质的影响。此外，文章详细分析了糖代谢、糖转运蛋白、调控因子、环境因子和遗传因素在葡萄果实糖分积累中的作用及其调控机制。鉴于高品质葡萄和葡萄酒在国际市场上需求的持续增长，以及糖分是葡萄酒酿造的关键因素，深入研究影响葡萄果实糖积累的各类因素，有助于培育优质葡萄新品种。
Fig.1 葡萄果实解剖结构。
背景介绍
葡萄果实的成熟过程涉及复杂的糖和酸代谢，蔗糖作为主要的光合产物在葡萄叶片中合成后，通过维管系统有效地分配到果实中，成为糖和酸合成的基础（Fig. 2）。在始熟前，果实主要积累有机酸，尤其是苹果酸，而糖浓度保持在较低水平。此阶段，蔗糖通过韧皮部运输到果实后，被细胞壁转化酶水解为葡萄糖和果糖。葡萄糖进一步通过糖酵解途径转化为磷酸烯醇丙酮酸（PEP），随后在细胞质中通过PEP羧化酶和NAD依赖的苹果酸脱氢酶合成苹果酸，并主要储存在液泡中以维持细胞质pH平衡和调节果实酸味。在始熟后，运输至果实的蔗糖被转化酶（CWINV，NINV，VINV）水解为葡萄糖和果糖，在果肉细胞液泡中积累，此时液泡中苹果酸含量下降。葡萄糖和果糖进一步通过己糖激酶（HK）和果糖激酶（FK）磷酸化，进入糖酵解途径以及三羧酸循环，提供能量和支持细胞呼吸。蔗糖磷酸合成酶（SPS）和蔗糖磷酸磷酸酶（SPP）可合作再生蔗糖，维持细胞内蔗糖水平。理解葡萄果实成熟过程中糖和酸代谢机制，可以帮助调控糖酸平衡，生产出更符合市场需求的优质葡萄。
Fig.2 葡萄果实成熟过程中的糖积累和糖代谢途径。
综述概要
作者提出了一个假想模型，展示了糖转运蛋白（SUTs、HTs、TMTs、SWEETs）如何协同促进发育中葡萄果实己糖积累（Fig. 3）。目前果实中各种糖代谢途径和酶的功能相关研究取得显著进展，而糖转运蛋白（SUC、HT、TMT、SWEET）的功能和调控、细胞定位以及它们之间协同转运机制仍然未知。该模型结合了糖转运蛋白的最新研究进展，对理解糖转运蛋白如何促进发育中葡萄果实己糖积累具有重要参考价值，并有望为培育优质葡萄提供新思路。此外，综述还探讨了环境因子和遗传因素对糖分积累的影响，为未来研究果实糖积累提供了新的视角。
Fig.3 糖转运蛋白协同促进葡萄浆果糖积累的假想模型。
中国科学院植物研究所博士后陆丽珍博士为本文第一作者，中科院植物研究所研究员梁振昌为本文通讯作者。该工作获得了国家重点研发计划、国家自然基金委等项目的支持。
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来源 | 作者
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