近日，重慶大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物學(xué)團(tuán)隊(duì)李正國(guó)教授、成玉林教授課題組在《自然—植物》（Nature Plants）上發(fā)表題為“Tomato ripening regulator SlSAD8 disturbs nuclear gene tran ion and chloroplast-associated protein degradation”的研究論文，揭示了果實(shí)成熟中的“一石二鳥(niǎo)”調(diào)控機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，番茄成熟調(diào)控因子SlSAD8通過(guò)雙重作用擾動(dòng)核基因轉(zhuǎn)錄與葉綠體蛋白降解，負(fù)調(diào)控果實(shí)成熟起始和質(zhì)體轉(zhuǎn)換。重慶大學(xué)為唯一通訊單位。

果實(shí)成熟是一個(gè)復(fù)雜而有序的生理過(guò)程，需要植物激素的參與和基因表達(dá)的精準(zhǔn)調(diào)控。番茄是全球重要的園藝作物，也是研究果實(shí)成熟的模式植物。已有研究表明，核基因轉(zhuǎn)錄是果實(shí)成熟調(diào)控的核心環(huán)節(jié)，不同家族的轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)調(diào)控這一過(guò)程，進(jìn)而操縱乙烯等激素相關(guān)基因的表達(dá)。葉綠體轉(zhuǎn)化為負(fù)責(zé)積累類(lèi)胡蘿卜素的有色體是果實(shí)成熟的重要環(huán)節(jié)，這一轉(zhuǎn)化導(dǎo)致果實(shí)外觀(guān)顏色發(fā)生變化。然而，目前對(duì)果實(shí)成熟過(guò)程中質(zhì)體轉(zhuǎn)化的分子調(diào)控機(jī)制了解甚少。

在本研究中，作者鑒定到一個(gè)非典型的硬脂酰-ACP脫飽和酶（SAD）蛋白SlSAD8，它具有質(zhì)體與細(xì)胞核雙重定位。SlSAD8基因在番茄果實(shí)成熟階段高量表達(dá)，通過(guò)基因敲除和轉(zhuǎn)基因過(guò)表達(dá)等實(shí)驗(yàn)證實(shí)其在果實(shí)成熟起始和質(zhì)體轉(zhuǎn)換中發(fā)揮重要的負(fù)調(diào)控作用。進(jìn)一步的機(jī)制研究表明，SlSAD8同時(shí)靶向核基因轉(zhuǎn)錄和葉綠體蛋白降解。在細(xì)胞核內(nèi)，SlSAD8與果實(shí)成熟起始轉(zhuǎn)錄因子SlNAM1互作，干擾后者對(duì)乙烯合成基因SlASC2/SlACS4的轉(zhuǎn)錄激活。E3連接酶SP1介導(dǎo)的Chloroplast-Associated Protein Degradation（CHLORAD）是一種新發(fā)現(xiàn)的葉綠體蛋白降解途徑，它通過(guò)促進(jìn)葉綠體蛋白降解來(lái)調(diào)控番茄果實(shí)成熟過(guò)程中的質(zhì)體轉(zhuǎn)化。本研究發(fā)現(xiàn)，SlSAD8通過(guò)與調(diào)控質(zhì)體轉(zhuǎn)化的E3連接酶SlSP1互作，以干擾CHLORAD途徑，從而抑制葉綠體蛋白降解和質(zhì)體轉(zhuǎn)化。

SlSAD8調(diào)控番茄果實(shí)成熟的分子機(jī)制圖

綜上，本研究揭示了一個(gè)通過(guò)靶向不同亞細(xì)胞區(qū)室來(lái)調(diào)控基因表達(dá)的果實(shí)成熟調(diào)控因子。這一發(fā)現(xiàn)為解析果實(shí)成熟的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了新的理論框架，也為通過(guò)遺傳手段精準(zhǔn)調(diào)控果實(shí)成熟速率、改善果實(shí)品質(zhì)和耐貯性等提供了潛在靶點(diǎn)。本研究依托植物激素調(diào)控與分子育種重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、前沿院植物功能基因組與合成生物學(xué)中心、重慶大學(xué)分析測(cè)試中心等平臺(tái)完成，得到了“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)和面上項(xiàng)目、重慶市青年拔尖人才項(xiàng)目、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41477-025-02134-2

來(lái)源：生命科學(xué)學(xué)院

作者：楊麗婷