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我室苹果逆境生物学团队揭示苹果中Vc合成调控的新机制

近日,我室果树逆境生物学团队在Plant Physiology上在线发表了题为 F-box protein MdAMR1L1 regulates ascorbate biosynthesis in apple by modulating GDP-mannose pyrophosphorylase 的最新研究成果。该研究报道了在苹果中F-box蛋白MdAMR1L1与抗坏血酸合成途径D-Man/L-Gal pathway 中关键催化酶之一的MdGMP1互作,并通过泛素化途径促进MdGMP1蛋白的降解从而在翻译后水平上抑制Asc的生物合成。同时,MdERF98转录因子的转录水平受到Asc的水平的调控,能直接与MdGMP1启动子结合并促进MdGMP1基因的转录。这些发现提供了对苹果Asc生物合成调节机制的见解,并揭示了提高果实Asc水平的潜在机会。

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抗坏血酸(Asc,又称Vc)是植物和人体中重要的抗氧化剂,在各种生理过程中起着关键作用。探明果树中Asc水平的调节机制对于植物抗逆性和品质提升均有重要意义。在该研究中作者发现,F-box蛋白MdAMR1L1无论在转录水平还是蛋白水平均与发育苹果果实中Asc水平负相关。在苹果中过表达或者沉默该基因表明MdAMR1L1负调控Asc水平,但在MdAMR1L1过表达转基因苹果叶片中Asc合成基因MdGMP1的转录水平显著上调,但是其蛋白丰度和酶活性降低。为解释这一现象,作者进一步研究发现MdAMR1L1能与MdGMP1蛋白互作并通过泛素化途径促进MdGMP1蛋白的降解,在翻译后水平上抑制Asc的合成,而转录因子 MdERF98 表达受Asc水平的反馈调节,正调控着MdGMP1的转录,对维持体内Asc含量的稳态起重要作用。

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MdAMR1L1转基因苹果叶片中MdAMR1L1基因表达与MdGMP1蛋白水平负相关

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通过该研究,作者得出:F-box蛋白MdAMR1L1可以靶向结合MdGMP1蛋白,并通过26S蛋白酶体途径促进其泛素化降解,在翻译后水平上负调控Asc的生物合成,且Asc生物合成受细胞中其含量的反馈调节,即当植物Asc 水平变化时,产生的信号会诱导或抑制MdERF98表达,改变MdGMP1、MdGME等的表达,以维持体内Asc浓度的相对稳定,这种调控机制可能是植物长期适应环境的一种自我调控机制,在植物抗逆及发育中起重要作用,为果实Vc含量改良提供了理论支撑和基因资源。

该研究由我室果树逆境生物学团队的在读博士研究生马松亚和毕业的硕士研究生李会霞(现博士就读于中国农业大学)为论文共同第一作者,李明军教授为论文通讯作者,马锋旺教授、马百全副教授等参与了研究。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。

论文链接:https://doi.org/10.1093/plphys/kiab427