甜樱桃属于典型非呼吸跃变型果实,果实成熟与风味、色泽、质地等品质形成由多种植物激素协同调控。脱落酸(ABA)是非跃变型果实启动成熟程序的核心上游信号,SnRK2 蛋白激酶家族是 ABA 信号转导通路的核心功能枢纽。现在甜樱桃 SnRK2 基因家族关键基因生物学功能验证仍存在明显研究空白,严重制约甜樱桃品质定向分子育种工作召开。
近期,我所樱桃遗传育种研究室在国际期刊《Plant Physiology and Biochemistry》(PPB,Q1,IF=6.2)在线刊发题为PavSnRK2.2, a member of the SNF1-related protein kinase 2 family, positively regulates ABA-induced fruit ripening in sweet cherry的原创研究论文。研究围绕甜樱桃果实成熟全过程召开系统基因家族分析、分子互作检测与多体系遗传功能验证,揭示了 SnRK2 家族关键成员 PavSnRK2.2 介导 ABA 信号通路,正向调控甜樱桃果实转色、果肉软化、糖酸代谢等成熟进程。
研究以甜樱桃‘Tieton’为试验材料,基于全基因组数据完成 6 个 PavSnRK2 家族成员的系统解析。研究显示 PavSnRK2.2、PavSnRK2.4 归属于对 ABA 高度敏感的 Subclass III 亚家族,具备调控果实成熟的潜在功能。时空表达模式检测结果显示,甜樱桃果实发育过程中PavSnRK2 基因呈现 “先上升后下降” 的表达规律,大多在花后 25–30 天达到表达峰值;其中 PavSnRK2.2 成熟阶段表达量显著高于其他家族成员,峰值表达水平较幼果期上调约 30 倍。外源 ABA 激素处理试验证实,PavSnRK2.2转录水平可响应 ABA 信号发生动态变化;亚细胞定位试验证明全部 PavSnRK2 蛋白均定位于细胞核与细胞质,属于核质双定位蛋白激酶。
为系统验证 PavSnRK2.2 的生物学功能,研究构建两套独立遗传验证体系召开功能试验:
甜樱桃果实 TRV 瞬时沉默试验:瞬时抑制 PavSnRK2.2 基因表达后,果实成熟进程显著滞后、果皮转色受阻;花青素合成、细胞壁降解、糖酸转运代谢通路关键基因表达量均大幅下调,直接证实 PavSnRK2.2 正向促进甜樱桃果实成熟与品质形成。
番茄稳定异源过表达试验:将 PavSnRK2.2 在番茄中稳定超表达,转基因株系果实破色期提前 2–3 天,果实着色速度加快;番茄红素、β- 胡萝卜素含量显著提升,果肉硬度下降;可溶性糖组分大量积累,柠檬酸、苹果酸含量显著降低,同时乙烯释放量明显上升。跨物种功能验证证明 PavSnRK2.2 调控果实成熟的功能在果实中高度保守。
蛋白互作与激酶活性试验进一步解析上游信号传导逻辑:双分子荧光互补、酵母双杂交证实 PavSnRK2.2 可与 ABA 通路核心磷酸酶 PavABI1 发生直接蛋白互作;免疫沉淀激酶试验证明外源 ABA 处理可快速激活 PavSnRK2.2 激酶活性,证实其参与果实内 ABA 信号转导过程。
本研究顺利获得全基因组家族鉴定、基因表达分析、蛋白互作检测、瞬时基因沉默、异源稳定转基因多重试验手段,揭示了PavSnRK2.2 介导ABA 信号调控甜樱桃成熟和品质形成,深化了人们对 ABA 信号通路介导果实成熟这一关键生物学过程的认知。
evo视讯官网林业果树研究所为本文章第一单位。王未为该论文第一作者,段续伟为论文通讯作者,樱桃组张晓明、王晶、吴传宝、冯琛等科研人员参与了该项目研究工作。本研究取得evo视讯官网院级项目(KJCX20240408)、国家自然科学基金项目(32402484)、林果所基金项目(LGSSZJJ20250102)资助。