植物细胞:为什么苹果是红色的？

来源：中国生物技术网2022-02-22 12:40

苹果成熟的外观标志之一是由叶绿素降解和花青素积累引起的果皮颜色的变化，果皮着色是由光诱导的，而叶绿素降解是在黑暗中促进的。然而，到目前为止，还不清楚果皮褪绿和着色这两个过程是否是耦合的，以及这两个过程之间是否有昼夜分工与协作。近日，《植物细胞》 (The Plant Cell)在线发表了中国农业大学韩振海/吴婷团队的研究论文，揭示了MdMPK4磷

苹果成熟的外观标志之一是由叶绿素降解和花青素积累引起的果皮颜色的变化，果皮着色是由光诱导的，而叶绿素降解是在黑暗中促进的。然而，到目前为止，还不清楚果皮褪绿和着色这两个过程是否是耦合的，以及这两个过程之间是否有昼夜分工与协作。

近日，《植物细胞》 (The Plant Cell)在线发表了中国农业大学韩振海/吴婷团队的研究论文，揭示了MdMPK4磷酸化MdERF17调控果实发育成熟过程中苹果果皮失绿的分子机制。

该团队之前的研究表明，苹果中的乙烯响应转录因子ERF17主要调节苹果果皮的失绿症。同时，随着ERF17基因编码区丝氨酸(s)残基串联重复序列的增加，该基因的转录活性，以及与下游叶绿降解相关的PPH和NYC启动子的结合能力和稳定性也增强，从而促进苹果果皮叶绿素的降解。

由于ERF17丝氨酸蛋白残基复数的自然变异，为了进一步探索在编码区添加丝氨酸作为一个重要的潜在MAPK磷酸化位点是否能影响ERF17的磷酸化程度，团队进一步阐明了关键调控果皮失绿症ERF17基因多态性位点的生物学意义，及其翻译后修饰的相互协同调控关系。在本研究中，首次证明了MdMPK4和MdERF17之间的相互作用。然后通过体内外磷酸化试验和位点突变分析，发现MdERF17的Thr-67残基是MdMPK4-14G的主要磷酸化位点。LUC活性分析和功能验证实验表明，Thr-67磷酸化是MdERF17调控苹果果皮黄化所必需的。此外，MdERF17的丝氨酸蛋白的重复数的差异可以通过影响MdERF17和MdMPK4-14G之间的结合活性来影响MdERF17的磷酸化程度，这揭示了由MDERF17的自然变异引起的不同磷酸化程度在调节果皮失绿症中的重要性。

基于上述实验结果，作者随后研究了MdMPK4-14G对果实发育成熟过程中果皮失绿的调控，发现MdMPK4-14G在基因和蛋白质水平上响应昼夜节律，导致此时MdERF17磷酸化水平升高。然后，通过基因功能验证和对果实的不同光照处理，进一步阐明了MdMPK4-14G在黑暗条件下通过磷酸化MdERF17正调控苹果果皮黄化。结合近期研究成果，MdMPK4-06G在光照条件下通过磷酸化MdMYB1参与苹果果皮花青素合成的调控。

该研究不仅解释了MdERF17蛋白翻译后修饰的分子调控机制，还揭示了两个MdMPK4蛋白参与调控响应光/暗转换的叶绿素降解和花青素积累的分子机制。

中国农业大学教授韩振海和副教授吴婷是本文的合著者。王帅博士是这篇论文的第一作者。该研究得到了国家重点科研项目的资助。d计划、国家自然科学基金、北京市科技创新服务能力建设-先进科学技术、111引智平台项目。(100yiyao.com)

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