Plant Physiol | 合肥工业大学张华/胡康棣团队揭示转录因子ERF.D3过硫化修饰调控番茄果实成熟新通路

气体信号分子硫化氢（H2S）是一种气体信号分子，已被证实对多种采后果蔬具有很强的抗衰老作用，表明H2S在延缓植物衰老方面具有保守作用。脱落酸（ABA）是促进叶片衰老的重要激素，也有证据显示其在番茄果实成熟过程中也发挥作用。H2S信号是否与ABA信号之间存在信号串扰，尚不清楚。

近日，合肥工业大学张华/胡康棣团队在Plant Physiology杂志在线发表题为“The H2S-responsive transcription factor ERF.D3 regulates tomato abscisic acid metabolism, leaf senescence, and fruit ripening”的研究论文，揭示了一个响应H2S信号发生显著上调的转录因子ERF.D3通过激活ABA分解酶基因CYP707A2的表达，进而促进ABA分解，以延缓叶片衰老和果实成熟的机制。

该研究发现，H2S信号能延缓番茄叶片在黑暗诱导下的衰老。转录组分析显示，乙烯应答因子家族ERF.D3可被H2S信号快速诱导。H2S信号还导致ERF.D3的氨基酸残基C115和C118发生过硫化修饰。利用基因编辑和基因过表达材料进行研究，表明ERF.D3是叶片衰老和果实成熟的负调控因子。随后，通过转录组数据、双荧光素酶报告实验和EMSA，发现脱落酸8'-羟化酶编码基因CYP707A2是ERF.D3的靶基因，该基因是ABA降解所必需的。ERF.D3的过硫化作用增强了其对CYP707A2的转录活性。此外，E3泛素连接酶RNF217可以泛素化修饰ERF.D3，进而解除ERF.D3对CYP707A2的激活效应，这可能会加速果实发育后期的成熟过程（图1）。

图1. ERF.D3基因突变导致番茄果实提早成熟。

因此，研究提出H2S-ERF.D3-CYP707A2模块在调控番茄叶片衰老和果实成熟过程中的模型。在幼嫩的番茄果实或番茄叶片中，或在H2S处理下，ERF.D3在转录水平上被激活，并通过过硫化修饰ERF.D3，进一步激活ABA8'-羟化酶CYP707A2的转录，导致ABA的降解，从而维持番茄叶片和果实的未成熟状态。在成熟果实或衰老叶片中，ERF.D3主要被RNF217泛素化，导致CYP707A2表达减弱，ABA水平升高（图2）。

图2. H2S-ERF.D3-CYP707A2模块调控番茄叶片衰老和果实成熟的分子机制

第一作者为合肥工业大学胡康棣副教授、研究生耿美慧和已毕业研究生马琳，张华教授和胡康棣副教授为通讯作者，该工作得到国家自然科学基金、安徽省重点研发计划项目和中央高校基本科研业务费等项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae560