Plant Cell | 浙江大学滕元文/白松龄/倪隽蓓课题组揭示乙烯抑制梨花青苷合成的调控新机制

2023年3月14日，浙江大学农业与生物技术学院滕元文教授团队在The Plant Cell在线发表了的题为The ethylene-responsive transcription factor PpERF9 represses PpRAP2.4 and PpMYB114 via histone deacetylation to inhibit anthocyanin biosynthesis in pear的研究论文，揭示了乙烯抑制梨花青苷合成的调控机制。

花青苷是一类重要的次生代谢产物，果实中花青苷的含量很大程度上决定其色泽、营养、抗氧化性等品质。乙烯是一类被人们所熟知且已经被广泛应用于农业生产的小分子气体植物激素，参与植物生长发育及应对外界胁迫等多种生物学过程。研究表明，乙烯诱导苹果、葡萄等多种果实的花青苷合成；而滕元文教授团队前期研究发现乙烯抑制梨花青苷合成（Plant Biotechnology Journal，2020）。在本项研究中，该课题组鉴定到受乙烯诱导的抑制型转录因子PpERF9，该转录因子直接结合PpMYB114的启动子并抑制其表达，从而抑制梨果皮的花青苷合成。同时，该研究还鉴定得到受乙烯抑制的激活型转录因子PpRAP2.4，该转录因子直接结合PpMYB114的启动子促进其表达，进而促进梨果皮的花青苷积累；而PpRAP2.4的表达也受PpERF9的转录抑制，因此形成了乙烯-PpERF9-PpRAP2.4-PpMYB114-花青苷的调控路径。该研究进一步发现PpERF9通过其蛋白结构中的EAR基序招募TOPLESS蛋白PpTPL1形成PpERF9-PpTPL1共抑制复合体，介导组蛋白去乙酰化过程降低PpMYB114和PpRAP2.4基因座上的组蛋白H3乙酰化水平，抑制靶基因的表达，最终抑制梨果皮花青苷合成。总之，该研究系统阐明了乙烯通过PpERF9-PpTPL1共抑制复合体介导的组蛋白去乙酰化效应抑制PpRAP2.4和PpMYB114的表达，从而抑制梨果皮花青苷合成的分子机制。

图1. 乙烯通过PpERF9-PpTPL1共抑制复合体介导的组蛋白去乙酰化作用抑制梨花青苷合成的模式图

近年来，该团队致力于乙烯调控梨果皮花青苷合成的分子机制研究，前期研究发现乙烯诱导促进型转录因子PpERF105的表达，PpERF105则进一步激活抑制型R2R3-MYB转录因子PpMYB140的表达，PpMYB140通过形成M(140)BW抑制型复合体并影响激活型MBW复合体的形成，进而抑制花青苷合成相关结构基因启动子的表达，最终抑制红梨果实的花青苷合成（Plant Journal，2021）。这些研究从转录调控、组蛋白修饰等多个层面明确了乙烯抑制梨果皮花青苷合成的分子机制，不仅丰富了激素调控植物色素合成的分子生物学理论，还为定向改良梨果皮色泽的分子育种提供了新的思路。

浙江大学农业与生物技术学院倪隽蓓副研究员为本文的第一作者，滕元文教授和白松龄研究员为通讯作者。此外，该团队在站博士后魏佳和河南省农业科学院王东升研究员等人参与了研究工作。该研究受到了国家自然科学基金以及农业部现代农业产业技术体系等项目的资助。

参考文献：

Ni J, Premathilake AT, Gao Y, Yu W, Tao R, Teng Y, Bai S (2021) Ethylene-activated PpERF105 induces the expression of the repressor-type R2R3-MYB gene PpMYB140 to inhibit anthocyanin biosynthesis in red pear fruit. Plant Journal 105:167-181

Ni J, Zhao Y, Tao R, Yin L, Gao L, Strid A, Qian M, Li J, Li Y, Shen J, Teng Y, Bai S (2020) Ethylene mediates the branching of the jasmonate-induced flavonoid biosynthesis pathway by suppressing anthocyanin biosynthesis in red Chinese pear fruits. Plant Biotechnology Journal 18:1223-1240

论文链接：

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koad077/7077024?searchresult=1