四川大学刘明春课题组揭示两个AP2家族成员转录级联调控番茄类胡萝卜素生物合成

植物科学最前沿 · 公众号 · · 2024-04-01 17:34

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番茄富含类胡萝卜素，是世界上最受欢迎的果菜之一。人类自身不能合成类胡萝卜素，主要从番茄等富含类胡萝卜素的果蔬中摄取以满足营养需要。因此，解析番茄中类胡萝卜素合成调控分子机制对改善番茄及其制品中重要类胡萝卜素组分和含量具有重要的意义。

JIPB 近日在线发表了四川大学刘明春课题组题为“ A transcriptional cascade mediated by two APETALA2 family members orchestrates carotenoid biosynthesis in tomato ”的研究论文 ( https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.13650 )。通过解析AP2/ERF家族转录因子SlAP2c在番茄类胡萝卜积累中的生物学功能和作用机制，揭示了同家族转录因子SlAP2a和SlAP2c转录级联调控番茄类胡萝卜素的合成的分子机制。该研究不仅丰富了番茄果实类胡萝卜素代谢调控网络，而且为番茄果实品质改良和类胡萝卜素的生物强化提供了理论依据。

通过对在果实成熟过程中下调表达的 SlAP2c 的功能研究，发现该转录因子在番茄红素合成调控过程中发挥抑制作用。CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术分别在 Micro-tom (MT) 和Ailsa Craig (AC) 番茄中敲除 SlAP2c ，番茄红素的积累显著增加，而使用果实成熟特异性启动子过量表达该基因则导致果实变黄且番茄红素的含量显著降低。进一步研究发现SlAP2c依赖其C末端的EAR基序招募辅抑制因子TPL2/4-HDA1/3复合体，并通过降低类胡萝卜素合成基因启动子区域的组蛋白乙酰化水平抑制这些基因的表达，进而抑制番茄红素的积累；此外，同家族转录因子SlAP2a作用于SlAP2c的上游并通过转录级联抑制 AP2c ，进而解除成熟过程中SlAP2c对番茄红素合成的抑制 (图1)。该研究成果不仅深化了AP2/ERF家族成员之间级联调控果实色素合成的认识，也为番茄果实品质改良提供了新的靶点。

图1. 两个AP2转录因子调控番茄类胡萝卜素积累

(A) SlAP2c基因敲除突变体果实成熟过程中色素积累更快; (B) SlAP2c基因敲除突变体果实类胡萝卜素含量显著增加; (C) 两个 AP2 家族成员级联调控番茄中的类胡萝卜素合成的分子模型。

四川大学生命科学学院 刘明春 教授为该论文的通讯作者，四川大学博士研究生 何小清 和岭南师范学院生命科学与技术学院 刘锴栋 为该论文共同第一作者。课题组 许伟杰 、 武孟波 和已毕业的吴易、 王若宸 ，法国图卢兹大学 Mondher Bouzayen 和 Julien Pirrello 教授参与了本研究。该项目得到了国家自然科学基金、四川省科技计划应用基础研究、重庆市技术创新与应用发展计划和中央高校基本科研业务专项等经费支撑。

文章引用：

He, X., Liu, K., Wu, Y., Xu, W., Wang, R., Pirrello, J., Bouzayen, M., Wu, M., and Liu, M. (2024). A transcriptional cascade mediated by two APETALA2 family members orchestrates carotenoid biosynthesis in tomato. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13650

四川大学刘明春课题组揭示两个AP2家族成员转录级联调控番茄类胡萝卜素生物合成

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