Plant Cell | 南京农业大学徐志胜/熊爱生研究组揭示胡萝卜中类胡萝卜素合成调控新机制

4月09日，南京农业大学园艺学院伞形科蔬菜团队徐志胜/熊爱生研究组在国际权威学术期刊The Plant Cell在线发表了题为The Y locus encodes a REPRESSOR OF PHOTOSYNTHETIC GENES protein that represses carotenoid biosynthesis via interaction with APRR2 in carrot的研究论文，揭示了胡萝卜中RPGE1基因突变促使类胡萝卜素积累的分子机制。

类胡萝卜素对动植物和人类都具有重要的作用。现代栽培胡萝卜 (Daucus carota subsp. sativus L.) 因含有丰富的类胡萝卜素而闻名。然而其野生祖先—野胡萝卜 (D. carota subsp. carota) 的根部类胡萝卜素含量极低，因此呈现白色。据文献记载，人类最初驯化的胡萝卜因积累较多类胡萝卜素而呈黄色，随后才逐渐从黄色胡萝卜中选育出如今广泛种植的橙色品种。先前的研究通过QTL定位发现，5号染色体上Y位点内的一个基因突变可能是导致胡萝卜由白变黄的关键因素，而DCAR_032551被认定为候选基因。

该研究发现DCAR_032551编码一个RPGE (REPRESSOR OF PHOTOSYNTHETIC GENES) 蛋白，将其命名为DcRPGE1。RPGEs是一类在高等植物中广泛存在且序列高度保守的小蛋白。以往研究报道发现RPGEs能够抑制叶绿素合成，而该研究发现野胡萝卜的DcRPGE1 (DcRPGE1W) 是类胡萝卜素合成的抑制因子。DcRPGE1W能与转录因子 DcAPRR2 发生相互作用。APRR2在许多植物中是类胡萝卜素和叶绿素合成的正调控转录因子。在野胡萝卜中，DcRPGE1W抑制了DcAPRR2介导的类胡萝卜素合成关键基因DcPSY1、DcPSY2 和DcLCYE的表达，从而抑制类胡萝卜素的合成。而黄色和橙色胡萝卜中DcRPGE1 (DcRPGE1M) 编码区存在突变，导致其只能编码短截的蛋白，这些蛋白无法与DcAPRR2相互作用，从而无法抑制类胡萝卜素的生物合成。这些发现为类胡萝卜素生物合成的转录调控提供了新见解，并为利用基因编辑增强作物中类胡萝卜素积累提供了新的潜在靶位点。

论文第一署名单位为南京农业大学，园艺学院伞形科蔬菜团队已毕业硕士生王迎港（现为邹学校院士博士生）、张玉敏（现为南京农业大学菊花团队博士生）、钟山青年研究员王雅慧以及在读硕士生张凯为论文共同第一作者，徐志胜副教授和熊爱生教授为论文通讯作者。青岛农业大学园艺学院马静副教授，南京农业大学钟山青年研究员刘慧，在读硕士生杭佳歆、苏宇婷，在读博士生谭杉杉参与了该项研究。论文中特别感谢了南京大学卢山教授、南京农业大学丁宝清教授、王鹏教授的帮助。该研究得到了中央高校基本科研业务费专项资金(YDZX2023018)、江苏省农业科技自主创新基金(CX(21)3029)和江苏省高等学校重点学科发展项目(PAPD)资助。

参考文献

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Tachibana R, Abe S, Marugami M, Yamagami A, Akema R, Ohashi T, et al. BPG4 regulates chloroplast development and homeostasis by suppressing GLK transcription factors and involving light and brassinosteroid signaling. Nat Commun. 2024:15(1), 370.

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koae111