揭示轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控蘋(píng)果果實(shí)酸度的分子機(jī)理（2020.8.6 Plant Biotechnology Journal）

我國(guó)蘋(píng)果栽培面積、總產(chǎn)量、人均占有量與出口量均居世界第一，已經(jīng)成為世界上最大的蘋(píng)果生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，但平均單位面積產(chǎn)量及果品質(zhì)量等方面與國(guó)外相比，還存在一定差距。蘋(píng)果果實(shí)酸度是至關(guān)重要的品質(zhì)性狀，酸度的高低會(huì)直接影響果實(shí)的風(fēng)味和加工品質(zhì)，一直是果樹(shù)遺傳改良的重要目標(biāo)性狀。蘋(píng)果果實(shí)中含有大量的有機(jī)酸。目前，在蘋(píng)果果實(shí)中已檢測(cè)出16種有機(jī)酸，其中蘋(píng)果酸是最主要的有機(jī)酸，占到總酸量的80%以上，直接決定果實(shí)的酸度，對(duì)果實(shí)的風(fēng)味影響巨大。在蘋(píng)果果實(shí)中，蘋(píng)果酸的合成主要在細(xì)胞質(zhì)中通過(guò)三羧酸途徑合成。蘋(píng)果酸的合成受多因素（如溫度、礦物營(yíng)養(yǎng)的缺乏、干旱及鹽脅迫等）的影響，然而對(duì)蘋(píng)果果實(shí)酸代謝的轉(zhuǎn)錄調(diào)控的研究，迄今還比較少。因此，鑒定調(diào)控蘋(píng)果果實(shí)酸度的轉(zhuǎn)錄因子，揭示轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控蘋(píng)果果實(shí)酸度的分子機(jī)理，進(jìn)而拓展人們對(duì)轉(zhuǎn)錄調(diào)控果實(shí)酸度的理論認(rèn)識(shí)，也為果樹(shù)分子育種及果實(shí)品質(zhì)改良提供理論支撐。

近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)郝玉金教授團(tuán)隊(duì)在《Plant Biotechnology Journal》上在線(xiàn)發(fā)表了題為“The apple bHLH transcription factor MdbHLH3 functions in determining the fruit carbohydrates and malate”的研究工作。報(bào)道了堿性螺旋-環(huán)-螺旋bHLH轉(zhuǎn)錄因子MdbHLH3在調(diào)控蘋(píng)果果實(shí)品質(zhì)方面的功能。

研究人員以蘋(píng)果（Malus domestica Borkh）為研究材料，發(fā)現(xiàn)堿性螺旋-環(huán)-螺旋bHLH轉(zhuǎn)錄因子MdbHLH3調(diào)控蘋(píng)果果實(shí)中蘋(píng)果酸和碳水化合物的積累。生化分析表明，MdbHLH3直接結(jié)合MdcyMDH基因的啟動(dòng)子（MdcyMDH編碼蘋(píng)果胞質(zhì)型NAD-依賴(lài)的蘋(píng)果酸脫氫酶），激活其轉(zhuǎn)錄表達(dá)，從而促進(jìn)蘋(píng)果酸在蘋(píng)果果實(shí)中的積累。此外，MdbHLH3基因的過(guò)表達(dá)增加了蘋(píng)果葉片的光合能力和碳水化合物水平，通過(guò)調(diào)節(jié)碳水化合物從源（葉片）到庫(kù)（果實(shí)）的分配，也增強(qiáng)了果實(shí)中碳水化合物的積累?？偟膩?lái)說(shuō)，本研究為bHLH轉(zhuǎn)錄因子MdbHLH3直接調(diào)控蘋(píng)果酸脫氫酶MdcyMDH基因的表達(dá)，協(xié)調(diào)蘋(píng)果糖在蘋(píng)果中的分配和蘋(píng)果酸的積累，從而調(diào)節(jié)蘋(píng)果果實(shí)品質(zhì)的機(jī)制提供了新的見(jiàn)解。值得一提的是，郝玉金教授團(tuán)隊(duì)前期的研究已經(jīng)鑒定了MdbHLH3基因作為一個(gè)功能的多面手，可調(diào)控蘋(píng)果果皮的色澤（Xie，et al.，2012;Plant Cell and Environment）、果實(shí)的酸度（Hu et al.，2016;Plant Physiology），果實(shí)的成熟（Hu et al.，2019）和葉片衰老（Hu et al.，2020;Horticulture Research）。本研究是對(duì)該基因多功能調(diào)控的進(jìn)一步補(bǔ)充。

本研究在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和園藝科學(xué)與工程學(xué)院完成，博士二年級(jí)學(xué)生于建強(qiáng)為該論文的第一作者，郝玉金教授和胡大剛副教授為本論文并列通訊作者，相關(guān)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然基金、農(nóng)業(yè)部專(zhuān)項(xiàng)資金和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題資金的資助。郝玉金教授是“國(guó)家杰出青年”獲得者和“長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授”，胡大剛副教授主要研究方向?yàn)樘O(píng)果果實(shí)品質(zhì)形成、保持與調(diào)控。其課題組長(zhǎng)期從事蘋(píng)果果實(shí)品質(zhì)形成與調(diào)控及砧木抗性等方面的研究。