近日，The Plant Cell線上發表了中國農業大學韓振海、吳婷團隊題為“Phosphorylation of MdERF17 by MdMPK4 Promotes Apple Fruit Peel Degreening during Light/Dark Transitions”的研究論文，揭示了MdMPK4磷酸化MdERF17調控蘋果果實發育成熟過程中果皮褪綠的分子機制。
蘋果果實成熟的外觀標誌之一是葉綠素降解和花青苷積累引起的果皮色澤變化，且果皮著色受光誘導而葉綠素降解則在黑暗中促進。然而，到目前為止，對於果實果皮褪綠和著色這兩個過程是否偶聯且這兩個過程是否存在晝夜分工協作仍不清楚。
團隊在前期研究表明，蘋果中乙烯響應轉錄因子ERF17主要調控蘋果果皮的褪綠。同時隨著ERF17基因編碼區絲氨酸 (S)殘基串聯重複數目的增加，基因的轉錄活性以及對下游葉綠降解相關結構基因PPH、NYC啟動子的結合能力和穩定性也隨之增強，從而促進蘋果果皮葉綠素的降解 (Han et al., 2018)。
由於ERF17絲氨酸蛋白殘基重複數存在自然變異，為深入探究編碼區增加的絲氨酸作為重要的潛在MAPK的磷酸化位點是否能夠影響ERF17的磷酸化程度，團隊進一步明晰了關鍵調控果皮褪綠 ERF17基因多型位點的生物學意義，及其翻譯後修飾的相互協同調節關係。該研究首先證明了MdMPK4和MdERF17的互作作用，進而透過體內體外磷酸化試驗和位點突變分析，發現MdERF17的Thr-67殘基是MdMPK4-14G的主要磷酸化位點。LUC活性分析及功能驗證實驗表明，Thr-67磷酸化對於MdERF17在調控蘋果果皮褪綠中的作用是必需的。並且MdERF17絲氨酸蛋白重複數的不同能夠透過影響MdERF17與MdMPK4-14G的結合活性進而影響ERF17的磷酸化程度，揭示了 MdERF17自然變異造成的不同磷酸化程度對其調控果皮褪綠的重要性。基於以上試驗結果，作者接下來研究了MdMPK4-14G在果實發育成熟過程中對果皮褪綠的調控作用，發現MdMPK4-14G在基因和蛋白水平上均響應晝夜節律，從而導致此時的MdERF17磷酸化水平升高。隨後透過基因功能驗證以及對果實進行不同光照處理，進一步明確黑暗條件下，MdMPK4-14G透過磷酸化MdERF17正向調控蘋果果皮褪綠。結合近期研究結果光照條件下MdMPK4-06G透過磷酸化MdMYB1參與調控蘋果果皮花青苷的合成 (Yang et al., 2021)。該研究不僅闡釋了MdERF17蛋白翻譯後修飾的分子遺傳調控機理，同時揭示了兩個MdMPK4蛋白分別參與調控葉綠素降解和花青素積累以響應光/暗轉換的分子機制。
韓振海教授、吳婷副教授為該論文的共同通訊作者。博士生王帥為論文第一作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京科技創新服務能力建設-高精尖學科、111引智平臺專案支援。
韓振海、吳婷課題組長期從事果樹發育生物學與砧木育種研究，取得了一系列重要研究進展，在The Plant Cell、Plant Physiology、The Plant Journal、Plant, Cell & Environment、Journal of Experimental Botany 、Plant& Cell Physiology等國際主流學術期刊發表論文30餘篇。
供稿：園藝學院
供圖：園藝學院
編輯：馬文哲
責編：於哲
