中國農大新聞網訊?1月9日，The Plant Cell（《植物細胞》）在線發(fā)表了中國農業(yè)大學園藝學院果樹學系/農業(yè)生物技術國家重點實驗室李冰冰教授團隊題為“Low temperature inhibits anthocyanin accumulation in strawberry fruit by activating FvMAPK3-induced phosphorylation of FvMYB10 and degradation of Chalcone Synthase 1”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)低溫通過激活FvMAPK3誘導的FvMYB10磷酸化和查爾酮合酶FvCHS1降解來抑制草莓果實中花青素的積累，為培育耐低溫、果實品質優(yōu)良的草莓品種提供了有價值候選基因。

研究論文

低溫環(huán)境往往導致草莓（Fragaria sp.）果實著色不良，從而大大降低其商業(yè)價值?；ㄇ嗨厥遣葺麑嵵械闹饕?，影響果實品質和營養(yǎng)價值?；ㄇ嗨氐纳锖铣捎梢幌盗薪Y構基因所編碼的酶催化而成，查爾酮合酶CHALCONE SYNTHASE（CHS）是生物合成途徑中主要的限速酶。近期研究發(fā)現(xiàn)，含Kelch結構域的F-box蛋白（KFB）可介導CHS泛素化和降解。除生物合成基因外，包括MYB10/1/9、bHLH3、SnRK2.6、MADS1/9等在內的調控因子也參與調節(jié)草莓果實中花青素的積累。其中，R2R3型FvMYB10/FaMYB10轉錄因子已被鑒定是調控二倍體野生草莓（F. vesca）和八倍體栽培草莓（F.×ananassa）果實花青素合成的關鍵分子開關，但目前尚不清楚影響FvMYB10轉錄激活活性的上游成分以及FvMYB10如何感知外界環(huán)境或信號刺激以調節(jié)花青素積累的具體機制。

該團隊前期研究發(fā)現(xiàn)，SNF1相關蛋白激酶FaSnRK2.6受低溫調控，并負調控草莓果實中花青素的積累。另外，MAPK級聯(lián)成員在擬南芥低溫響應和信號轉導中也發(fā)揮重要作用。在擬南芥中，SnRK2和MAPK級聯(lián)可形成磷酸化模塊，以調節(jié)滲透脅迫。而該模塊是否在草莓中發(fā)揮功能，以及MAPK級聯(lián)是否參與果實成熟和低溫響應的調控還有待探索。

本研究對低溫環(huán)境下二倍體草莓果實的色素含量進行觀察發(fā)現(xiàn)，4°C或10°C處理均使果實花青素積累速率和總花青素含量降低，并且草莓果實在整個成熟過程中對低溫脅迫高度敏感。FvCHS1、FvCHI和FvMYB10表達水平的降低表明它們參與低溫介導的花青素積累抑制。基于已有研究的互作驗證和體外激酶實驗結果顯示，F(xiàn)vMAPK3與FvSnRK2.6直接互作，F(xiàn)vSnRK2.6可使FvMAPK3磷酸化水平略有提高。FvMAPK3活性在4°C處理30min后大幅上升，表明其可能是快速響應低溫脅迫的下游信號成分。功能分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)vMAPK3負調控草莓果實成熟，花青素含量、生物合成基因、FvMYB10、軟化相關等基因在FvMAPK3轉基因果實中顯示下調。

FvMAPK3負調控草莓果實中花青素的積累

低溫對花青素積累的抑制作用在FvMAPK3過表達果實中顯示增強，而在FvMAPK3-cr雜合突變體果實中顯示減弱，結合相關基因檢測結果表明FvMAPK3是低溫介導花青素積累抑制的下游正調控因子。進一步分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)vCHS1和FvMYB10同時與FvMAPK3互作。FvMAPK3因而通過兩種機制抑制花青素積累，一方面FvMKK4-FvMAPK3級聯(lián)通過增強FvKFB1介導的FvCHS1降解來抑制低溫下花青素的生物合成；另一方面FvSnRK2.6-FvMAPK3和FvMKK4-FvMAPK3信號模塊通過磷酸化作用降低FvMYB10的轉錄活性，進而抑制其介導的花青素生物合成。此外，F(xiàn)vMAPK3對FvMYB10磷酸化位點缺失突變體FvMYB104A的轉錄活性抑制明顯減弱，而該發(fā)現(xiàn)為低溫下草莓果實的正常著色提供了潛在育種價值。

MAPK3是草莓果實低溫響應和成熟相關花青素積累的重要調控因子

該研究得到了國家重點研發(fā)計劃（2018YFD1000200）、國家自然科學基金（31772284，32072551）、111計劃（B17043）和中國農業(yè)大學2115人才培育發(fā)展支持計劃的資助。