JIPB | 华中农业大学邓秀新院士团队揭示CitZAT4调控乙烯诱导温州蜜柑橙色果皮形成的分子机制

文摘   科学   2024-09-25 13:34   北京  

温州蜜柑富含维生素C、类胡萝卜素和多种抗氧化物质,有效增强人类视力健康、免疫系统功能和皮肤健康,以及降低心血管疾病和某些癌症的风险,因此受到全球消费者的青睐。温州蜜柑果实在成熟过程中存在果皮着色不均的问题,极大地降低了温州蜜柑果实经济效益。采后乙烯处理是产业中用于提升温州蜜柑果皮色泽的重要途径,但内在分子机理还尚不清晰

近日,JIPB在线发表了华中农业大学园艺林学学院/果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室邓秀新院士团队题为“A novel C2H2-type zinc-finger transcription factor, CitZAT4, regulates ethylene-induced orange coloration in Satsuma mandarin flavedo (Citrus unshiu Marc.)”的研究论文(‍https://doi.org/10.1111/jipb.13778‍),该研究解析了一个乙烯诱导的C2H2型转录因子CitZAT4调控乙烯诱导温州蜜柑果皮着橙色的分子机制,为提升柑橘果实色泽品质提供了重要依据。

研究人员和前人研究报道均发现,乙烯处理通过抑制α支路黄色类胡萝卜素 (叶黄素为主) 富集,促进β支路橙色类胡萝卜素 (β-胡萝卜素、β-隐黄质为主) 积累,促使温州蜜柑果皮着橙色。研究人员明确了LCYE和HYD为上述过程中的关键类胡萝卜素基因,并基于LCYEHYD筛选到一个C2H2型转录因子ZAT4。通过柑橘果实瞬时表达实验和柑橘愈伤组织稳定转化实验,并结合分子生化实验,明确CitZAT4响应乙烯信号,通过转录抑制α支路类胡萝卜素基因 (LCYE) 和转录激活β支路类胡萝卜素基因 (LCYBHYD等),促进类胡萝卜素代谢流倾向地流向β支路,从而促使温州蜜柑果皮着橙色。

图1. 乙烯对温州蜜柑类胡萝卜素代谢的影响

在此基础上,研究人员筛选到作用于ZAT4上游的乙烯响应因子ERF061。分子生化实验结果表明,ERF061响应乙烯诱导,并直接结合ZAT4启动子并激活ZAT4表达。柑橘果实瞬时表达实验和柑橘愈伤组织稳定转化实验证实,ERF061正调节ZAT4介导温州蜜柑橙色果皮的形成。最终,该研究提出了ERF061- ZAT4级联反应调控乙烯诱导温州蜜柑橙色果皮形成的分子模型。

图2. CitZAT4调控乙烯诱导温州蜜柑橙色果皮形成的模型

华中农业大学园艺林学学院邓秀新院士为论文的通讯作者,已毕业博士研究生孙权 (现就职于山东农业大学) 为该论文的第一作者。柑橘团队程运江教授、徐强教授、徐娟教授、柴利军教授、叶俊丽副研究员和谢宗周高级工程师等多名成员参与了此项研究。该研究在国家重点研发计划、国家自然科学基金和现代农业产业技术体系的资助下完成

文章引用:

Sun, Q., He, Z., Ye, J., Wei, R., Feng, D., Zhang, Y., Chai, L., Cheng, Y., Xu, Q., and Deng, X. (2024). A novel C2H2-type zinc-finger transcription factor, CitZAT4, regulates ethylene-induced orange coloration in Satsuma mandarin flavedo (Citrus unshiu Marc.). J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13778

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