果膠甲酯化修飾與果實(shí)質(zhì)地變化研究進(jìn)展

侯 嬌，嚴(yán)丹丹，黃美珠，曾凱芳，姚世響

（西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院 重慶 400715）

果膠是植物初生細(xì)胞壁和中膠層的主要組分，與果實(shí)成熟衰老過(guò)程中質(zhì)地變化密切相關(guān)[1]。細(xì)胞壁的天然果膠呈高甲酯化狀態(tài)，作為果膠分子的主要修飾，甲酯化是在主鏈C-6 位羧基催化連接甲酯基團(tuán)，多糖分子由電負(fù)性變?yōu)橹行浴＜柞セ揎棤顟B(tài)改變影響果膠分子的化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)功能。果實(shí)成熟衰老過(guò)程伴隨質(zhì)地軟化，主要與果膠降解影響細(xì)胞壁完整性和細(xì)胞間黏連有關(guān)[1]。果實(shí)生理紊亂常伴隨質(zhì)地劣變，如柑橘枯水，蘋(píng)果粉質(zhì)化，桃果肉絮敗等，與果膠代謝，特別是果膠甲酯化修飾密切相關(guān)[2-5]。本文概述果膠甲酯化修飾與果實(shí)質(zhì)地變化的研究進(jìn)展，為相關(guān)研究提供參考。

1 果膠甲酯化修飾概況

1.1 果膠的化學(xué)修飾

果膠是β-D-半乳糖醛酸通過(guò)α-1，4-糖苷鍵連接形成主鏈，由鼠李糖等20 余種中性糖組成側(cè)鏈的多糖分子[6]。根據(jù)主鏈和側(cè)鏈的組成不同，果膠分子可分為3 種，分別為同型半乳糖醛酸聚糖（Homogalacturona，HG）、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖-I和鼠李糖半乳糖醛酸聚糖-II。HG 型果膠的主鏈由半乳糖醛酸組成，含量最高，約占總果膠的65%[7]。HG 型果膠主鏈易發(fā)生化學(xué)修飾，C-6 位發(fā)生甲酯化修飾，O-2 和O-3 位發(fā)生乙?；揎梉8]。

1.2 甲酯化修飾對(duì)果膠的影響

HG 型果膠去甲酯化后暴露自由羧基，為果膠代謝酶等其它生物大分子提供作用位點(diǎn)[8]。去甲酯化是果膠代謝途徑的關(guān)鍵步驟，通?！皦K狀”催化產(chǎn)生的低甲酯化度果膠在細(xì)胞壁有較高濃度Ca2+時(shí)，兩條HG 主鏈與Ca2+交聯(lián)成“蛋盒”結(jié)構(gòu)，形成凝膠，使細(xì)胞壁硬度增加[8]。若果膠分子以“隨機(jī)”催化方式去甲酯化，裸露的羧基提供了多聚半乳糖醛酸酶 （Polygalacturonase，PG） 和果膠裂解酶（Pectatelyase，PL）等果膠代謝酶攻擊的靶點(diǎn)，此時(shí)如果細(xì)胞壁果膠降解酶活性較高，低甲酯化度果膠則進(jìn)入降解途徑，最終解離成游離的半乳糖醛酸，細(xì)胞壁機(jī)械強(qiáng)度降低，細(xì)胞軟化[8]。去甲酯化果膠在細(xì)胞壁中的命運(yùn)如何決定，與PME 催化方式、細(xì)胞壁中陽(yáng)離子濃度以及其它果膠代謝酶活性等因素有復(fù)雜的關(guān)系，有待進(jìn)一步深入研究。

1.3 調(diào)控果膠甲酯化修飾的酶

果膠合成的前體物質(zhì)二磷酸尿苷半乳糖醛酸（UDP-GalA）和S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine） 在高爾基體中經(jīng)半乳糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（Galacturonosyltransferases，GAUT） 和果膠甲基轉(zhuǎn)移酶（Pectin methyltransferase，PMT）協(xié)同作用，催化生成多聚半乳糖醛酸并完成C-6 羧基的甲酯化修飾[7]。擬南芥GAUT 家族共15 個(gè)成員，目前發(fā)現(xiàn)GAUT1、GAUT4、GAUT7 和GAUT8 與果膠合成有關(guān)，其中GAUT1 經(jīng)過(guò)生化鑒定有半乳糖醛酸轉(zhuǎn)移酶活性[10]。QUA2、QUA3 和CGR3 是目前擬南芥中鑒定具有功能的PMT[11]。

PME 是催化果膠去甲酯化修飾的關(guān)鍵酶，根據(jù)結(jié)構(gòu)域可分為兩類(lèi)，第1 類(lèi)含有PME 結(jié)構(gòu)域，第2 類(lèi)除含有PME 結(jié)構(gòu)域，在N 端還含有一個(gè)果膠甲酯酶抑制子（Pectin methylesterase inhibitor，PMEI）結(jié)構(gòu)域，稱(chēng)為PRO 結(jié)構(gòu)域[12]。第2 類(lèi)PME需要先將前體切除后才能釋放，而切下來(lái)的PRO結(jié)構(gòu)域可能具有幫助PME 折疊和分泌，抑制PME酶活等作用[12-13]。PME 是多基因家族，從擬南芥、番茄、桃、梨和棗基因組中分別鑒定出66，79，69，81，46 個(gè)成員。植物PME 在生長(zhǎng)發(fā)育和抗逆過(guò)程中具有重要作用，目前關(guān)于PME 基因的功能研究大部分集中在擬南芥。擬南芥VGD1、AtPME3、AtPME5、AtPME6、AtPME31、AtPME35、AtPME41、AtPME58 在細(xì)胞伸長(zhǎng)、植物生長(zhǎng)和發(fā)育、鹽脅迫、溫度脅迫和生物脅迫中發(fā)揮重要功能[12-18]。玉米Ga1 位點(diǎn)的PME 基因調(diào)控玉米單向雜交不親和[19]。番茄PE2 和PMEU1 催化果膠去甲酯化，促進(jìn)“蛋盒”結(jié)構(gòu)形成，增強(qiáng)細(xì)胞壁硬度，負(fù)調(diào)控果實(shí)軟化[20-22]。草莓PME 基因FaPE1 在果實(shí)成熟中具有類(lèi)似于番茄PME 負(fù)調(diào)控果實(shí)軟化的功能[23]。

2 果膠甲酯化修飾的研究方法

2.1 化學(xué)方法

傅里葉紅外光譜法 （Fourier transform infrared spectrum，F(xiàn)T-IR）、化學(xué)滴定法、比色法、氣相色譜法、高效液相色譜法、核磁共振法、電泳法和質(zhì)譜法等在內(nèi)的化學(xué)方法可定量分析果膠甲酯化度，即主鏈半乳糖醛酸殘基C-6 位甲酯化修飾占半乳糖醛酸C-6 羧基總數(shù)的比例[24]。其中，F(xiàn)TIR 法使用尤為廣泛，具有不破壞樣品且樣品起始量少、測(cè)定過(guò)程快、結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)[25]。FT-IR 法是利用半乳糖醛酸的羧基在1 630～1 600 cm-1處有紅外吸收峰，而甲酯化羧基在1 740 cm-1處有紅外吸收峰，根據(jù)吸收峰強(qiáng)度和面積與果膠標(biāo)準(zhǔn)品的關(guān)系可計(jì)算樣品的甲酯化度[25]。

2.2 免疫熒光標(biāo)記技術(shù)

免疫熒光標(biāo)記技術(shù)是將免疫學(xué)方法與熒光標(biāo)記技術(shù)結(jié)合，用熒光顯微鏡或激光共聚焦顯微鏡觀察特異抗原在細(xì)胞內(nèi)定位的方法[22]。目前有識(shí)別不同甲酯化度果膠的特異性抗體，2F4 抗體可識(shí)別完全去甲酯化的果膠或低甲酯化度果膠與Ca2+結(jié)合形成的“蛋盒”結(jié)構(gòu)、LM19 和JIM5 抗體識(shí)別低甲酯化度果膠，LM20 和JIM7 抗體識(shí)別高甲酯化度果膠[22，26]。果膠甲酯化度與熒光強(qiáng)度呈正相關(guān)，免疫熒光標(biāo)記法可對(duì)細(xì)胞壁果膠甲酯化度的時(shí)空分布特征進(jìn)行準(zhǔn)確定量分析，在研究中應(yīng)用廣泛。

3 基于模式植物對(duì)果膠甲酯化修飾的生物學(xué)功能的研究

果膠作為植物初生細(xì)胞壁和中膠層的主要成分，與纖維素、半纖維素相互作用形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，果膠甲酯化修飾通過(guò)調(diào)控果膠化學(xué)性質(zhì)，在維持細(xì)胞壁完整性，調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育和抗逆中起重要作用[8-9，27-29]。

3.1 果膠甲酯化修飾調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育

細(xì)胞生長(zhǎng)時(shí)受細(xì)胞膨壓和細(xì)胞壁機(jī)械力兩種相對(duì)的作用力調(diào)控[30]。近些年研究顯示果膠及其甲酯化修飾在細(xì)胞伸長(zhǎng)、植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起重要調(diào)控作用[30-31]。當(dāng)細(xì)胞壁整體處于疏松和有彈性的狀態(tài)時(shí)，細(xì)胞膨壓驅(qū)動(dòng)細(xì)胞無(wú)偏向性向外擴(kuò)張；當(dāng)細(xì)胞壁某個(gè)特定區(qū)域的機(jī)械強(qiáng)度和彈性發(fā)生改變時(shí)，細(xì)胞在膨壓驅(qū)動(dòng)下則會(huì)發(fā)生向特定方向的伸長(zhǎng)和擴(kuò)張[30]。細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中，通常是高甲酯化度與快速伸長(zhǎng)相關(guān)，如細(xì)胞極性生長(zhǎng)過(guò)程中，頂端細(xì)胞壁需要不斷解體和重組，果膠維持高甲酯化度，而非伸長(zhǎng)區(qū)的果膠則維持低甲酯化度[32]?；ǚ酃芎拖屡咻S的細(xì)胞伸長(zhǎng)與高甲酯化度呈正相關(guān)，當(dāng)降低PME 酶活性，抑制果膠去甲酯化后，可以增加細(xì)胞伸長(zhǎng)速率[8，32]。不過(guò)細(xì)胞伸長(zhǎng)并不總是與高甲酯化度相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)低甲酯化度更有利于細(xì)胞伸長(zhǎng)。利用擬南芥在萌發(fā)和生長(zhǎng)初期形成的彎鉤這個(gè)實(shí)驗(yàn)體系，發(fā)現(xiàn)擬南芥在面臨土壤機(jī)械壓力時(shí)，彎鉤兩側(cè)細(xì)胞壁的果膠甲酯化度呈非對(duì)稱(chēng)分布，果膠甲酯化度低的一側(cè)，其細(xì)胞伸長(zhǎng)更快[27]。擬南芥在暗培養(yǎng)時(shí)，下胚軸細(xì)胞快速伸長(zhǎng)，形成花原基等生物學(xué)過(guò)程都需要果膠處于低甲酯化狀態(tài)[33]。果膠甲酯化度與細(xì)胞伸長(zhǎng)存在確定因果關(guān)系，然而并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，不同的實(shí)驗(yàn)體系，甲酯化度對(duì)細(xì)胞伸長(zhǎng)和擴(kuò)張的影響可能是不同的。目前鮮有研究對(duì)其原因的探討，筆者分析認(rèn)為這可能與PME 催化方式、細(xì)胞壁環(huán)境的陽(yáng)離子濃度及果膠代謝酶活性有關(guān)系?！皦K狀”催化生成的果膠通過(guò)與Ca2+交聯(lián)增加細(xì)胞壁硬度，而“隨機(jī)” 催化生成的果膠在環(huán)境條件合適時(shí)可能進(jìn)入降解途徑[8]。最新研究發(fā)現(xiàn)果膠甲酯化度偏高或者偏低都不利于擬南芥?zhèn)雀鹗己托纬?，這提示果膠在調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，不僅僅是甲酯化度和甲酯化模式很重要，而且不同甲酯化度果膠的相對(duì)比例也很重要[31]。

3.2 果膠甲酯化修飾調(diào)控植物抗逆性

細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)重組在植物細(xì)胞響應(yīng)非生物脅迫中發(fā)揮重要作用[34]。通常情況鹽脅迫、低溫脅迫、高溫脅迫和干旱脅迫誘導(dǎo)果膠去甲酯化，低甲酯化果膠可能與Ca2+形成“蛋盒”結(jié)構(gòu)，增加細(xì)胞壁機(jī)械強(qiáng)度，提高對(duì)脅迫的耐受性[34]。油菜素內(nèi)酯通過(guò)調(diào)控果膠去甲酯化增強(qiáng)擬南芥對(duì)低溫脅迫的耐受性，其中AtPME41 發(fā)揮重要作用[35]。擬南芥AtPME31 調(diào)控果膠去甲酯化和植物對(duì)鹽脅迫的耐受性，基因突變后植株呈鹽敏感表型[36]。復(fù)蘇植物（Craterostigma plantagineum）在干旱脅迫時(shí)，果膠去甲酯化，與Ca2+形成凝膠，提高細(xì)胞壁機(jī)械強(qiáng)度；這種果膠甲酯化度的改變被細(xì)胞膜激酶WAK1 識(shí)別并激發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，介導(dǎo)包括細(xì)胞壁重組等在內(nèi)的細(xì)胞干旱應(yīng)答途徑[37]。植物遭遇重金屬脅迫時(shí)，果膠趨于去甲酯化，有助于果膠與重金屬離子結(jié)合，將其固定在細(xì)胞壁中，減輕對(duì)細(xì)胞質(zhì)的毒性。目前發(fā)現(xiàn)Al3+、Cd2+、Zn2+、F+等脅迫均與果膠去甲酯化相關(guān)，其中AtPME3 參與了植物對(duì)Zn2+的響應(yīng)[38-39]。

白內(nèi)障為眼科常見(jiàn)病，其發(fā)生機(jī)制較為復(fù)雜，遺傳因素、免疫代謝異常、營(yíng)養(yǎng)不良、中毒、輻射、老化均會(huì)對(duì)眼球晶狀體的代謝狀況造成影響，使其代謝發(fā)生紊亂，進(jìn)而使晶狀體蛋白質(zhì)出現(xiàn)變性渾濁，誘發(fā)白內(nèi)障[1]。該病對(duì)患者的視力造成極大損害，是誘發(fā)失明的主要病因之一，予以及時(shí)有效治療對(duì)于改善患者的視力水平具有重要意義。手術(shù)為主要治療方法。小切口手法超乳術(shù)具有創(chuàng)傷小，治療效果好的優(yōu)勢(shì)，是最佳治療方案，配合優(yōu)質(zhì)護(hù)理更能優(yōu)化手術(shù)效果[2]。本次研究以我院患者為研究對(duì)象，探究?jī)?yōu)質(zhì)護(hù)理的臨床應(yīng)用價(jià)值。

與非生物脅迫不同，植物在響應(yīng)生物脅迫時(shí)果膠甲酯化度呈復(fù)雜的變化特征[28]。敲除擬南芥PME 基因AtPME3，或者過(guò)表達(dá)PMEI 基因AtPMEI1 和AtPMEI2，抑制果膠去甲酯化，增強(qiáng)擬南芥對(duì)灰霉病、軟腐病和甜菜胞囊線蟲(chóng)的抗性[28]。另外AtPMEI13 可通過(guò)抑制果膠去甲酯化，維持果膠處于高甲酯化狀態(tài)，抵抗蚜蟲(chóng)侵襲[12]。草莓PME基因FaPE1 過(guò)表達(dá)后，能夠顯著降低果膠甲酯化度，增強(qiáng)抗病能力[23，40]。

4 果膠甲酯化修飾與果實(shí)質(zhì)地變化的關(guān)系

果膠作為初生細(xì)胞壁和中膠層的主要組分，在維持細(xì)胞壁完整性和細(xì)胞間黏連中起關(guān)鍵作用。果膠代謝和果實(shí)成熟、衰老和生理紊亂時(shí)的質(zhì)地變化密切相關(guān)。

4.1 果實(shí)成熟衰老過(guò)程中果膠甲酯化修飾的動(dòng)態(tài)變化

果實(shí)成熟與衰老過(guò)程中，果膠普遍呈降解趨勢(shì)，這是果實(shí)軟化的主要原因。果膠根據(jù)溶解性可分為水溶性果膠（Water-soluble pectin，WSP）、離子結(jié)合型果膠（Chelate-soluble pectin，CSP）和共價(jià)結(jié)合型果膠（Sodium carbonate-soluble pectin，SSP）[1，6]。其中CSP 主要位于中膠層，與其它細(xì)胞壁組分以離子鍵或氫鍵形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，包括與Ca2+等二價(jià)陽(yáng)離子形成“蛋盒”結(jié)構(gòu)，不溶于水，能溶于螯合劑溶液。SSP 主要位于初生壁，通過(guò)共價(jià)鍵與纖維素、半纖維素或蛋白連接，常用含螯合劑的堿溶液從細(xì)胞壁中提取。果實(shí)成熟與衰老過(guò)程中的質(zhì)地軟化，通常伴隨著WSP 含量的增加。蘋(píng)果、獼猴桃、黃花梨、葡萄、龍眼、桃、棗等果實(shí)在成熟衰老過(guò)程中具有顯著的質(zhì)地軟化現(xiàn)象，研究結(jié)果顯示W(wǎng)SP 含量顯著增加，提示果膠呈降解趨勢(shì)[1]。PME 是催化果膠去甲酯化，進(jìn)入降解途徑的關(guān)鍵酶。果實(shí)成熟衰老過(guò)程中，番茄、草莓、蘋(píng)果、香蕉、龍眼等PME 編碼基因表達(dá)和酶活呈增加趨勢(shì)[1]。上述證據(jù)提示果膠甲酯化度在果實(shí)軟化過(guò)程中呈降低趨勢(shì)。番茄和草莓果實(shí)的研究證實(shí)了這一點(diǎn)。番茄果膠甲酯化度在果實(shí)成熟衰老過(guò)程中逐漸降低[41]；在草莓果實(shí)成熟過(guò)程中，果膠甲酯化度逐漸下降，從未成熟時(shí)期的90%左右下降至成熟時(shí)期的不足40%[23]。

4.2 果實(shí)生理紊亂過(guò)程中果膠甲酯化修飾的動(dòng)態(tài)變化

與果實(shí)成熟衰老過(guò)程中質(zhì)地軟化不同，果實(shí)生理紊亂常伴隨果實(shí)質(zhì)地劣變，如蘋(píng)果質(zhì)地變綿，桃果實(shí)冷害時(shí)果肉絮狀，柑橘枯水時(shí)汁胞?；Ｄ壳?，生理數(shù)據(jù)暗示果膠甲酯化修飾可能與果實(shí)生理紊亂過(guò)程中質(zhì)地劣變有關(guān)。桃果實(shí)絮敗時(shí)WSP含量下降，果膠降解被抑制，同時(shí)CSP 含量升高，暗示果膠甲酯化度降低后與Ca2+交聯(lián)形成“蛋盒”結(jié)構(gòu)[5]。蘋(píng)果PME 基因MdPME2 與果實(shí)粉質(zhì)化性狀緊密相關(guān)，在果實(shí)中的高表達(dá)可能催化果膠以“塊狀”方式去酯化，促進(jìn)去甲酯化果膠與Ca2+結(jié)合形成凝膠，維持細(xì)胞壁完整性，防止果肉粉質(zhì)化[2]。柑橘枯水時(shí)汁胞?；?，臍橙和蜜柚枯水進(jìn)程中，PME 酶活和相關(guān)基因表達(dá)上升，但果膠降解被抑制，這暗示果膠甲酯化度降低，同時(shí)細(xì)胞壁Ca2+含量上升，與果膠形成“蛋盒”結(jié)構(gòu)，CSP 含量增加[3-4]?？紤]果實(shí)在生理紊亂時(shí)質(zhì)地劣變的特征，結(jié)合果膠降解被抑制和PME 酶活升高的試驗(yàn)證據(jù)，可以推測(cè)果膠在果實(shí)生理紊亂時(shí)發(fā)生去甲酯化修飾，與Ca2+形成“蛋盒”結(jié)構(gòu)，抑制了果膠降解途徑，同時(shí)增加了細(xì)胞壁硬度，這可能是果實(shí)生理紊亂過(guò)程中質(zhì)地劣變的一種普遍機(jī)制。

4.3 果膠甲酯化修飾對(duì)果實(shí)質(zhì)地變化的調(diào)控作用

上述研究顯示果膠甲酯化修飾參與了果實(shí)成熟、衰老和生理紊亂時(shí)的質(zhì)地變化過(guò)程，那么采后處理時(shí)提高PME 酶活和Ca2+濃度，是否可以促進(jìn)“蛋盒”結(jié)構(gòu)形成并緩解果實(shí)質(zhì)地劣變？ 外源PME和Ca2+聯(lián)合處理采后棗果實(shí)，能抑制果膠物質(zhì)降解，維持棗果實(shí)質(zhì)地特性[42]；這種聯(lián)合處理也能夠有效改善樹(shù)莓質(zhì)地品質(zhì)，延長(zhǎng)貨架期[43]。上述采后處理能夠有效改善果實(shí)質(zhì)地，其重要原因是促進(jìn)了果膠去甲酯化，形成了“蛋盒”結(jié)構(gòu)，提高了細(xì)胞壁硬度。采后熱處理改善蘋(píng)果貯藏時(shí)質(zhì)地特性，與果膠甲酯化度降低有關(guān)[44]。采后殼聚糖處理能夠抑制草莓果實(shí)PME 活性，抑制果膠降解，提示殼聚糖是通過(guò)維持高甲酯化度來(lái)改善果實(shí)質(zhì)地[45]。采后UV-C 和熱風(fēng)處理都能夠抑制PME 酶活性，延緩番茄果實(shí)軟化[46]。上述證據(jù)顯示果膠低甲酯化度能夠增強(qiáng)采后果實(shí)硬度，同時(shí)部分果實(shí)中果膠高甲酯化度也能維持果實(shí)硬度。不同研究的結(jié)果之間并不矛盾，因?yàn)楣麑?shí)在不同條件下，PME 催化方式、陽(yáng)離子濃度以及果膠代謝酶活性都可能存在差異。

5 果膠甲酯化修飾的調(diào)控機(jī)制

5.1 果膠甲酯化修飾的蛋白水平調(diào)控

果膠甲酯化修飾在蛋白水平上受PME 及調(diào)控PME 的其它蛋白所調(diào)控。PME 酶活受PMEI 直接調(diào)控，PMEI 通過(guò)特異性地結(jié)合至PME 活性位點(diǎn)形成1∶1 蛋白復(fù)合體，阻止PME 和果膠結(jié)合，發(fā)揮抑制作用[47]。PMEI 是多基因家族，擬南芥有79 個(gè)成員，其中AtPMEI4 抑制AtPME17 酶活，AtPMEI2 抑制AtPPME1 酶活[47]。PMEI 在 識(shí) 別PME 時(shí)特異性不強(qiáng)，單個(gè)PMEI 可以抑制多個(gè)PME 的酶活，甚至可以跨物種抑制，如辣椒PMEI可抑制擬南芥PME 活性，獼猴桃PMEI 可抑制番茄PME 活性；不過(guò)，植物PMEI 不能抑制真菌來(lái)源的PME[48]。目前部分PMEI 基因的功能得到鑒定，擬南芥AtPMEI3、AtPMEI5、AtPMEI6 抑制果膠去甲酯化，調(diào)控器官和種皮粘液質(zhì)形成等植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程[49]。梨PbrPMEI23、39、41 通過(guò)改變花粉管頂端不同甲酯化度果膠的分布調(diào)控花粉管生長(zhǎng)[50]。擬南芥AtPMEI13、棉花GhPMEI3 和辣椒CaPMEI1 通過(guò)負(fù)調(diào)控果膠去甲酯化，促進(jìn)細(xì)胞壁軟化，提高植物抗病能力[12，28]。

能夠直接調(diào)控PME 的蛋白還有枯草菌素樣絲氨酸蛋白酶SBTs （Subtilases）、FLYs（FLYING SAUCER）和MUD（MUCILAGE DEFECT）等[8，51]。SBTs 主要通過(guò)參與第二類(lèi)PMEs 的加工，切除PRO 結(jié)構(gòu)域，調(diào)控PME 功能。SBT6.1 與PMEs 互作且共定位于高爾基體，SBT6.1 突變影響PME 正常加工。SBT3.5 參與PME17 的剪切，煙草葉片瞬時(shí)表達(dá)SBT3.5，能夠加工PME17，釋放成熟的PME。SBT1.7 是果膠甲酯酶的抑制因子，可以直接抑制PME 酶活，負(fù)調(diào)控果膠去甲酯化。另外，F(xiàn)LY1和MUD1 是可能作用于PME 的E3 泛素連接酶，通過(guò)調(diào)控蛋白穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)果膠[51]。

5.2 果膠甲酯化修飾的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控

果膠甲酯化修飾的轉(zhuǎn)錄水平研究還處于起步階段，目前主要集中在調(diào)控PME 和PMEI 轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子，試驗(yàn)體系以擬南芥種皮粘液質(zhì)為主。目前共鑒定了6 個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，包括SEEDSTICK（STK）、MYB52、LEUNIG-HOMOLOG （LUH）、BLH2、BLH4 和ERF4 調(diào)控?cái)M南芥種皮粘液質(zhì)形成過(guò)程中的果膠甲酯化修飾[49]。轉(zhuǎn)錄因子STK 通過(guò)激活PMEI6 表達(dá)，抑制果膠去甲酯化；轉(zhuǎn)錄因子MYB52 通過(guò)激活PMEI6、PMEI14 和SBT1.7 等基因表達(dá)，抑制果膠去甲酯化；而轉(zhuǎn)錄因子LUH 可直接激活STK 和MYB52 直接調(diào)控的所有靶基因[52]。轉(zhuǎn)錄因子BLH2 和BLH4 通過(guò)激活PME58正調(diào)控果膠去甲酯化，同時(shí)抑制果膠去甲酯化的負(fù)調(diào)控因子STK 和MYB52[53]。ERF4 通過(guò)直接抑制PMEI13、PMEI14、PMEI15 和SBT1.7，正調(diào)控果膠去甲酯化。作為粘液質(zhì)形成過(guò)程中果膠去甲酯化的正調(diào)控因子和負(fù)調(diào)控因子，ERF4 和MYB52能夠直接互作，拮抗其轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)活性，實(shí)現(xiàn)對(duì)果膠甲酯化修飾的精細(xì)調(diào)控[49]。

目前在擬南芥中共鑒定到1 個(gè)來(lái)自種皮粘液質(zhì)研究體系之外可直接調(diào)控PME 的轉(zhuǎn)錄因子[54]。植物葉序是側(cè)生器官在莖上經(jīng)過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控而形成，果膠甲酯化參與其中。轉(zhuǎn)錄因子BELLRINGER通過(guò)在莖分生組織抑制靶基因PME5，同時(shí)在莖伸長(zhǎng)組織中激活PME5，控制果膠去甲酯化度的空間分布，從而精準(zhǔn)調(diào)控植物葉序的建成[54]。

番茄轉(zhuǎn)錄因子SlBES1 （BRI1-EMS-SUPPRESSOR1） 是油菜素內(nèi)酯信號(hào)通路中的關(guān)鍵組分，也是目前發(fā)現(xiàn)的能調(diào)控果實(shí)果膠甲酯化修飾的唯一轉(zhuǎn)錄因子[22]。SlBES1 直接抑制果膠甲酯酶PMEU1 轉(zhuǎn)錄，負(fù)調(diào)控果膠去甲酯化，抑制“蛋盒”結(jié)構(gòu)形成，促進(jìn)果實(shí)軟化。當(dāng)SlBES1 突變后，PMEU1 的轉(zhuǎn)錄抑制被解除，果膠去甲酯化途徑被激活，果膠甲酯化度降低，促進(jìn)了“蛋盒”結(jié)構(gòu)形成，增加了細(xì)胞壁硬度，延緩了果實(shí)軟化。研究提示SlBES1 在改善果實(shí)質(zhì)地方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值[22]。

5.3 其它調(diào)控因子

果膠甲酯化修飾在蛋白水平及轉(zhuǎn)錄水平受到精細(xì)調(diào)控，這些調(diào)控因子受植物激素、過(guò)氧化氫、pH 和金屬離子等其它因子調(diào)控。

生長(zhǎng)素通過(guò)改變果膠甲酯化度調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)[8]。擬南芥頂端彎鉤形成由兩側(cè)細(xì)胞非對(duì)稱(chēng)生長(zhǎng)所致，而這種差異性生長(zhǎng)是由兩側(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)素濃度差異所介導(dǎo)的果膠甲酯化非對(duì)稱(chēng)性分布所調(diào)控的，生長(zhǎng)素濃度低誘導(dǎo)更低的果膠甲酯化水平，促進(jìn)細(xì)胞更快伸長(zhǎng)[27]。草莓果實(shí)中，生長(zhǎng)素促進(jìn)未成熟時(shí)期FaPE1 的轉(zhuǎn)錄，正調(diào)控果膠去甲酯化，維持果實(shí)硬度[40]。

油菜素內(nèi)酯參與果膠甲酯化修飾的調(diào)控。擬南芥細(xì)胞壁PME 活性的抑制會(huì)激活油菜素內(nèi)酯信號(hào)通路，最終上調(diào)PME 基因的轉(zhuǎn)錄，構(gòu)成油菜素內(nèi)酯反饋信號(hào)通路，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞壁機(jī)械強(qiáng)度穩(wěn)態(tài)的精細(xì)調(diào)控[55]。油菜素內(nèi)酯通過(guò)調(diào)控AtPME41轉(zhuǎn)錄，激活PME，正調(diào)控果膠去甲酯化，促進(jìn)擬南芥細(xì)胞壁變硬和耐低溫[35]。油菜素內(nèi)酯通過(guò)信號(hào)通路關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子SlBES1，抑制PMEU1，負(fù)調(diào)控果膠去甲酯化，促進(jìn)番茄果實(shí)軟化[22]。過(guò)氧化氫能夠激活水稻PME 酶活性，正調(diào)控果膠去甲酯化修飾，促進(jìn)細(xì)胞擴(kuò)張[56]。目前過(guò)氧化氫是否影響果實(shí)甲酯化修飾，還不清楚。

pH 可以直接影響PME 酶活[48，57]。不同PME具有不同的pI，最佳酶活所需pH 不同，多數(shù)植物PME 酶活的最適pH 在中性到堿性范圍。因?yàn)镻MEI∶PME 蛋白復(fù)合體的形成和穩(wěn)定通常具有pH 依賴(lài)特征，所以pH 可通過(guò)影響PMEI∶PME 互作調(diào)控PME 酶活[48，57]。

陽(yáng)離子可以影響PME 酶活[57]。細(xì)胞壁Ca2+可與帶負(fù)電荷的羧基相互作用，產(chǎn)生穩(wěn)定的膠體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可能有助于提高PME 酶活。除了Ca2+，其它陽(yáng)離子也參與調(diào)控PME 酶活。番茄PMEU1 在NaCl 濃度低于0.08 mol/L 時(shí)，隨鹽離子濃度增加而酶活增強(qiáng)[21]。

6 結(jié)語(yǔ)

質(zhì)地是影響果實(shí)品質(zhì)和決定采后貯運(yùn)性能的關(guān)鍵因素，果實(shí)質(zhì)地變化及其調(diào)控機(jī)制是采后生物學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)注的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。近年來(lái)，基于模式植物的研究發(fā)現(xiàn)果膠作為與質(zhì)地密切相關(guān)的細(xì)胞壁組分，其甲酯化修飾通過(guò)影響細(xì)胞壁彈性和機(jī)械性能，在植物生長(zhǎng)發(fā)育和抗逆等過(guò)程中具有重要調(diào)控功能。其作為細(xì)胞壁領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)，目前在果實(shí)領(lǐng)域的研究已展現(xiàn)出果膠甲酯化修飾在果實(shí)質(zhì)地中具有重要調(diào)控功能。總的來(lái)說(shuō)，在果實(shí)采后領(lǐng)域果膠甲酯化修飾的研究還處于起步階段，當(dāng)前還存在幾個(gè)主要問(wèn)題，這也可能是未來(lái)研究的趨勢(shì)。1）果實(shí)質(zhì)地變化（軟化和劣變）和果膠甲酯化修飾（包括修飾程度和修飾模式）的關(guān)系。2）果實(shí)生理紊亂具有發(fā)病原因復(fù)雜、極難防控的特點(diǎn)，是采后領(lǐng)域的研究難點(diǎn)，目前研究揭示生理紊亂的質(zhì)地變化與果膠甲酯化修飾有較強(qiáng)關(guān)系，這為研究果實(shí)生理紊亂提供了新思路。3）果膠去甲酯化后的命運(yùn)是進(jìn)入降解途徑，還是形成“蛋盒”結(jié)構(gòu)，相關(guān)的影響因素有哪些？相關(guān)的調(diào)控機(jī)制是什么？對(duì)這些問(wèn)題的回答，將有助于理解果實(shí)質(zhì)地變化的生物學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)為開(kāi)發(fā)調(diào)控果實(shí)質(zhì)地變化的精準(zhǔn)保鮮技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。