近日,華南農業大學亞熱帶農業生物資源保護與利用國家重點實驗室、園藝學院陸旺金教授和陳建業教授團隊在國際著名期刊Plant Physiology(植物學Top期刊,2020年影響因數8.34)線上發表了題為“Phosphorylationof Transcription Factor bZIP21 by MAP Kinase MPK6-3 EnhancesBanana Fruit Ripening”,線上網址:https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiab539/6430993?searchresult=1。論文第一作者為園藝學院2019級博士研究生吳超傑,通訊作者為鄺健飛研究員,中國科學院華南植物園劉勳成副研究員和法國圖盧茲大學Bouzayen Mondher教授參與了該項研究工作。該論文獲得了國家自然科學基金、廣東特支計畫科技創新青年拔尖人才、財政部和農業農村部國家香蕉現代農業產業科技體系項目的資助。
果實成熟是一個複雜的生物學過程,是內因(如植物激素、轉錄因數等)和外因(溫度、光照等)協同作用的結果。果實成熟涉及多層次多維度的精准調控,包括轉錄調控、錶觀遺傳調控和蛋白質翻譯後修飾等。蛋白質磷酸化是最重要和最普遍的翻譯後修飾管道之一,在信號轉導過程中發揮重要的調控作用,但是蛋白質磷酸化與轉錄調節在果實成熟中的相互聯系仍有待闡明。研究人員對香蕉成熟開展蛋白質磷酸化組學分析,一共鑒定出63條在果實成熟過程中差异化表達的磷酸化肽段,並對應於49個蛋白質,其中一個bZIP轉錄因數MabZIP21蛋白在果實成熟階段顯示出較高的磷酸化水准。進一步實驗表明MabZIP21轉錄水准和磷酸化豐度在香蕉果實成熟過程中顯著增加。採用DAP-Seq科技對MabZIP21的全基因組DNA結合特性分析,結果顯示MabZIP21調控的下游靶基因與香蕉成熟有關。EMSA、CHIP-qPCR和DLR實驗表明MabZIP21通過直接結合成熟相關基因(MaACO1、MaPG3、MaPL5、MaPL15、MaPE42、MaPE51和MaEXPA15)啟動子並啟動它們轉錄。蛋白質-蛋白質相互作用實驗證實MabZIP21可與促分裂原活化蛋白激酶MaMPK6-3相互作用,體外磷酸化實驗揭示了MabZIP21被MaMPK6-3磷酸化,並鑒定出T318和S436是重要的磷酸化位點。體內和體外蛋白質磷酸化增强了MabZIP21介導的轉錄啟動能力。暫態過表達MabZIP21的類比磷酸化(MabZIP21T318E/S436E)可以促進香蕉果實的成熟,而暫態過表達MabZIP21的類比非磷酸化(MabZIP21T318A/S436A)則延緩香蕉果實成熟。此外,MabZIP21通過啟動MaMPK6-3及其自身的轉錄,擴大了其在轉錄調控中的作用(圖1)。以上結果揭示了磷酸化修飾的MabZIP21在采後香蕉果實成熟衰老過程中的新機制,為改善果蔬貯運品質和製定合理的保鮮物流措施提供了理論支撐。
MabZIP21的磷酸化修飾調控采後香蕉果實成熟的機制
陸旺金教授和陳建業教授課題組主要從事香蕉果實采後生物學和物流保鮮技術的研究。近年來相繼在New Phytologist、Plant Physiology、Plant Biotechnology Journal、The Plant Journal、Plant Cell and Environment和Journal of Experimental Botany等知名植物學期刊發表了多篇關於香蕉果實成熟及逆境響應調控機制的研究論文,得到了國內外同行的廣泛關注。(文圖/園藝學院陳建業)