MHOrT | 汪良駒團隊：5-氨基乙酰丙酸（ALA）激活MdWRKY71-MdMADS1模塊增強蘋果花青苷生物合成
2025-02-06 來自: 南京禾稼春生物科技有限公司 瀏覽次數:447
近日，Molecular Horticulture在線發表了南京農業大學園藝學院汪良駒教授團隊的研究性論文，題為5-Aminolevulinic acid activates the MdWRKY71-MdMADS1 module to enhance anthocyanin biosynthesis in apple。該研究揭示一個受5-氨基乙酰丙酸（ALA）正調控表達的MdWRKY71-MdMADS1模塊介導ALA誘導蘋果花青苷積累的轉錄調控機制，為ALA在品質果實生產上推廣應用提供了新的理論依據。
圖片摘要：MdWRKY71-MdMADS1模塊介導ALA誘導蘋果花青苷生物合成的轉錄調控模式。
背景介紹
蘋果是我國最重要的落葉果樹，其果實芳香艷麗深受廣大消費者喜愛。蘋果的外觀色澤是影響果實品質的重要因素，鮮紅亮麗的果實更具市場競爭力，而果實紅色主要由花青苷含量決定。5-氨基乙酰丙酸（ALA）是一種新型植物生長調節物質，具有顯著促進蘋果花青苷合成功能。該團隊最先發現這一功能，并且獲得農業部批準，使ALA成為我國第一擁有完全知識產權的蘋果增色劑。經轉錄組和蛋白質組學分析，他們在ALA處理后的蘋果果皮中鑒定到MADS-box轉錄因子MdMADS1，證明其參與ALA誘導花青苷積累，但其作用機制尚不清楚。本研究以ALA誘導MdMADS1基因表達為切入點，運用多種分子生物學手段，深入細致地解析了ALA誘導花青苷積累的轉錄調控機制。
研究結果
研究者首先利用外源ALA處理、GUS、LUC報告基因、酵母單雜交、EMSA以及過表達和抑制表達體系證明，ALA誘導離體蘋果果皮、葉片及愈傷組織花青苷合成過程中依賴于MdMADS1（Fig.1），而MdMADS1作為轉錄因子能夠結合并激活MdCHS及MdUFGT表達（Fig.2），從而促進花青苷合成。
Fig.1 MdMADS1參與ALA誘導的蘋果花青苷合成
Fig.2 MdMADS1結合并激活MdCHS及MdUFGT表達，從而促進花青苷合成。
其次，研究者利用酵母雙雜篩庫，發現一個新的能與MdMADS1互作的WRKY轉錄因子MdWRKY71。經Y1H、EMSA、LUC、GUS試驗確認，MdWRKY71能結合MdDFR、MdANS以及MdMADS1啟動子，并激活三種基因表達。蛋白質互作效應試驗顯示，MdWRKY71與MdMADS1的互作既增強MdMADS1與MdCHS和MdUFGT的啟動子結合（Fig.3），也增強MdWRKY71與靶基因MdDFR和MdANS啟動子結合（Fig.4）。因而，ALA誘導的MdMADS1-MdWRKY71模塊互惠互利地促進蘋果花青苷積累過程。但是，MdMADS1處于MdWRKY71調控的下游，對上游MdWRKY71基因表達沒有調控活性。
Fig.3 MdWRKY71增強MdMADS1對MdCHS和MdUFGT轉錄活性。
Fig.4MdMADS1增強MdWRKY71對MdANS及MdDFR轉錄活性。
綜上所述，本研究揭示MdWRKY71-MdMADS1是介導ALA誘導蘋果花青苷生物合成的關鍵復合體。其中，MdWRKY71激活轉錄因子MdMADS1以及花青苷合成結構基因MdANS和MdDFR表達，而MdMADS1直接激活MdCHS和MdUFGT基因表達。值得注意的是，MdWRKY71作為轉錄因子，一是調控MdMADS1基因表達，二是與MdMADS1蛋白互作，增強各自下游花青苷合成結構基因表達活性。基于以上發現，該研究構建了一個理論模型，描繪MdWRKY71和MdMADS1介導ALA增強蘋果花青苷合成的調控網絡（圖片摘要）。
該研究結果揭開了ALA誘導蘋果花青苷合成轉錄調控機制的面紗一角，為這種新型植物生長調節物質在高品質果品生產上的應用提供了理論依據。其所確定的基因，包括MdWRKY71和MdMADS1，可作為著色型蘋果新品種選育的候選基因。
南京農業大學果樹學博士生張留孜為論文第一作者，南京農業大學園藝學院汪良駒教授和陜西師范大學生命科學學院安玉艷副教授為共同通訊作者。南京農業大學園藝學院科研助理張建婷及碩士畢業生陶慧慧在試驗研究以及論文撰寫也有貢獻。該研究獲得了國家自然科學基金（32172512，31772253，32272641），江蘇省碳達峰碳中和前沿基礎項目（BK20220005），江蘇省農業自主創新資金重大項目（CX(20)2023），江蘇省高校優勢學科項目等資助。
