近日，Advanced Science在线发表了康奈尔大学程来亮教授/ Miguel A. Piñeros教授和华中农业大学
李春龙
教授等团队合作的题为“
Alternative Splicing Underpins the ALMT9 Transporter Function for Vacuolar Malic Acid Accumulation in Apple
”的研究论文。该研究揭示了转录后可变剪切调控液泡膜苹果酸转运蛋白Ma1 (ALMT9) 功能的作用机制，为果实有机酸的积累和风味品质调控研究提供新见解。
有机酸含量是影响果实风味口感的重要因素之一，其大部分储存于果实细胞液泡中。团队前期研究表明，液泡膜定位的Ma1 (ALMT9) 蛋白具有苹果酸转运功能，并且其转运活性与苹果果实的酸度正相关，但是关于Ma1苹果酸转运活性的调控机制不清楚。本研究通过遗传转化获得稳定的
Ma1
cDNA序列过表达 (
cMa1
-OE-L6, L14, L16) 果树，结果意外表明过表达果实中的苹果酸含量和酸度极显著降低 (Figure 1)。
Figure1. Overexpression of the
Ma1
coding sequence (
cMa1
) drastically decreases malic acid accumulation in “RoyalGala” apple fruit
研究发现，
Ma1
由于可变剪切造成第三外显子部分序列差异，从而形成两种转录本，分别为高表达的
Ma1α
(即
cMa1
, 1707 bp) 和低表达的
Ma1β
(缩短型，1503 bp)，并且证明
cMa1
-OE果实中内源
Ma1
基因表达降低，进而造成
Ma1α
过量高表达、
Ma1β
被抑制的不平衡结果。转运活性、蛋白互作和结构建模分析表明，Ma1β自身不具有苹果酸转运活性，但其与Ma1α蛋白互作形成聚合体具备较强苹果酸转运功能 (Figure 7)。进一步研究证明
Ma1α
和
Ma1β
同时过表达可有效增加果实有机酸积累。通过以上内容说明
cMa1
-OE果实中可变剪切体表达失衡导致Ma1α/Ma1β聚合体的缺失和转运活性降低，从而减少苹果酸积累。
Figure 7. Malate transport activity in
Xenopus laevis
oocytes co-expressing
Ma1
α
and
Ma1
β
genes in various ratios
MYB73转录因子被证明结合并激活
Ma1
基因的启动子。在果实中瞬时过表达及干涉
MYB73
表达，表明其通过调控
Ma1
转录水平参与苹果酸积累。进一步研究证明不论是
Ma1α
或
Ma1β
过表达均可以反馈抑制
MYB73
转录水平，导致内源
Ma1
基因表达降低。以上结果说明MYB73作为调控内源
Ma1
基因表达的重要转录因子，在
cMa1
-OE果实中被反馈抑制造成
Ma1α
和
Ma1β
可变剪切体的比例失衡，最终导致苹果酸含量降低 (Figure 12)。总之，该研究从膜蛋白互作聚合体的角度解析了苹果酸转运体功能活性基础，也阐明了可变剪切机制调控转运蛋白功能和果实品质的重要路径。
Figure 12. Proposed model for alternative splicing-mediated Ma1 (ALMT9) function in transporting malate across the tonoplast in apple
该研究由美国康奈尔大学
程来亮、Miguel A. Piñeros
和华中农业大学李春龙实验室等单位合作完成。李春龙教授为论文第一作者，程来亮教授、Miguel A. Piñeros教授为论文共同通讯作者，同时康奈尔大学Kenong Xu教授、山东农业大学胡大刚教授、北京林业大学孟冬教授、智利塔尔卡大学Janin Riedelsberger博士等参与支持研究。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/advs.202310159
