碱性螺旋-环-螺旋bHLH转录因子MdbHLH3调控苹果果实品质的机理研究

来源：植物科学最前沿

我国苹果栽培面积、总产量、人均占有量与出口量均居世界第一，已经成为世界上最大的苹果生产和消费国，但平均单位面积产量及果品质量等方面与国外相比，还存在一定差距。苹果果实酸度是至关重要的品质性状，酸度的高低会直接影响果实的风味和加工品质，一直是果树遗传改良的重要目标性状。苹果果实中含有大量的有机酸。目前，在苹果果实中已检测出16种有机酸，其中苹果酸是最主要的有机酸，占到总酸量的80％以上，直接决定果实的酸度，对果实的风味影响巨大。在苹果果实中，苹果酸的合成主要在细胞质中通过三羧酸途径合成。苹果酸的合成受多因素（如温度、矿物营养的缺乏、干旱及盐胁迫等）的影响，然而对苹果果实酸代谢的转录调控的研究，迄今还比较少。因此，鉴定调控苹果果实酸度的转录因子，揭示转录因子调控苹果果实酸度的分子机理，进而拓展人们对转录调控果实酸度的理论认识，也为果树分子育种及果实品质改良提供理论支撑。
近日，山东农业大学郝玉金教授团队在《Plant Biotechnology Journal》上在线发表了题为“The apple bHLH transcription factor MdbHLH3 functions in determining the fruit carbohydrates and malate”的研究工作。报道了碱性螺旋-环-螺旋bHLH转录因子MdbHLH3在调控苹果果实品质方面的功能。

研究人员以苹果(Malus domestica Borkh)为研究材料，发现碱性螺旋-环-螺旋bHLH转录因子MdbHLH3调控苹果果实中苹果酸和碳水化合物的积累。生化分析表明，MdbHLH3直接结合MdcyMDH基因的启动子(MdcyMDH编码苹果胞质型NAD-依赖的苹果酸脱氢酶)，激活其转录表达，从而促进苹果酸在苹果果实中的积累。此外，MdbHLH3基因的过表达增加了苹果叶片的光合能力和碳水化合物水平，通过调节碳水化合物从源（叶片）到库（果实）的分配，也增强了果实中碳水化合物的积累。总的来说，本研究为bHLH转录因子MdbHLH3直接调控苹果酸脱氢酶MdcyMDH基因的表达，协调苹果糖在苹果中的分配和苹果酸的积累，从而调节苹果果实品质的机制提供了新的见解。值得一提的是，郝玉金教授团队前期的研究已经鉴定了MdbHLH3基因作为一个功能的多面手，可调控苹果果皮的色泽（Xie, et al., 2012; Plant Cell and Environment）、果实的酸度（Hu et al., 2016; Plant Physiology），果实的成熟（Hu et al., 2019）和叶片衰老（Hu et al., 2020; Horticulture Research）。本研究是对该基因多功能调控的进一步补充。
本研究在山东农业大学生物学国家重点实验室和园艺科学与工程学院完成，博士二年级学生于建强为该论文的第一作者，郝玉金教授和胡大刚副教授为本论文并列通讯作者，相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然基金、农业部专项资金和南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室开放课题资金的资助。郝玉金教授是“国家杰出青年”获得者和“长江学者特聘教授”，胡大刚副教授主要研究方向为苹果果实品质形成、保持与调控。其课题组长期从事苹果果实品质形成与调控及砧木抗性等方面的研究。