外源性添加乳酸钙可通过促进MabHLH013-MabHLH057转录级联反应来抑制香蕉果实中乙烯的生物合成

《Postharvest Biology and Technology》：Exogenous application of calcium lactate inhibits ethylene biosynthesis in banana fruit by facilitating a MabHLH013- MabHLH057 transcriptional cascade

钙处理通过调控bHLH转录因子MabHLH013和MabHLH057抑制香蕉乙烯生物合成，延缓成熟。

　　钙处理在香蕉果实贮藏期间已被证实能有效抑制乙烯生物合成，从而延缓果实成熟。然而，其具体的分子机制仍缺乏深入研究。本研究通过鉴定两种bHLH转录因子MabHLH013和MabHLH057，揭示了钙信号调控香蕉果实成熟的新机制。实验发现，这两种转录因子的转录水平在香蕉果实成熟过程中显著降低，而外源乙烯处理会进一步抑制它们的表达，相反，钙乳酸处理则会促进它们的表达。进一步的分析表明，MabHLH013和MabHLH057均定位于细胞核，其中MabHLH013作为转录激活因子，而MabHLH057则作为转录抑制因子。重要的是，MabHLH057能够直接抑制关键基因MaACO1的转录，该基因编码乙烯生物合成的关键酶。同时，MabHLH013通过激活MabHLH057的表达，间接增强了其对MaACO1的抑制作用。此外，两种转录因子均表现出自相互作用，形成同源二聚体，这可能有助于它们在调控网络中的协同作用。本研究揭示的MabHLH013-MabHLH057转录调控级联反应为钙信号抑制香蕉果实成熟提供了新的理论依据，同时也为开发创新的采后保鲜技术提供了潜在的分子靶点。

钙离子（Ca2?）在植物信号转导过程中扮演着重要的第二信使角色，不仅影响植物的生长发育，还在应对各种环境胁迫中发挥关键作用。在果实成熟过程中，钙信号的调控尤为关键，因为乙烯的生物合成与果实成熟密切相关。钙离子的浓度变化能够产生特定的信号，这些信号被钙传感器及其他分子所感知，并进一步传导至细胞内，引发一系列生理和生化反应。已有研究表明，外源钙处理可以显著延缓果实成熟。例如，钙处理能够延缓草莓果实的成熟，通过防止细胞壁在冷藏过程中的正常降解（Figueroa等，2012）。同样，钙氯化物的使用不仅能够延长无花果的贮藏期，还能抑制苹果果实的软化和乙烯生成（Gao等，2019；Li等，2022）。在香蕉果实中，外源钙处理能够维持果肉的硬度并抑制组织中的乙烯生成（Chen等，1991；Li等，2005）。这些研究共同表明，钙离子通过其信号通路在果实成熟过程中发挥着重要作用。

转录因子（TFs）在钙信号调控中起着核心作用，它们能够通过激活或抑制特定目标基因的转录来调控果实和蔬菜的质量形成与维持。例如，外源钙处理能够促进MdMADS5的磷酸化，从而抑制乙烯生物合成，延缓苹果果实的成熟（Xu等，2023）。钙响应的TF CsMYB36能够激活CsSWEET17基因的表达，促进柑橘果实中蔗糖的积累（Sheng等，2025）。此外，钙信号还能够通过干扰CML38/WRKY46-NAC187-CCR级联反应，抑制梨果实中异常木质素的合成（Cheng等，2025）。钙信号还能够通过调控HSFA2a的磷酸化，增强其对下游目标基因启动子中HSE元件的结合能力，从而提高采摘后的桃果实对低温胁迫的耐受性（Zhao等，2025）。尽管钙信号在其他果实成熟过程中的作用已被广泛研究，但其在香蕉果实成熟中的具体机制仍不清楚。因此，有必要进一步探索钙信号调控香蕉果实成熟的分子路径。

香蕉作为全球最受欢迎的水果之一，因其优异的营养价值和经济价值而备受青睐。然而，香蕉属于典型的呼吸跃变型果实，在贮藏过程中迅速软化，导致其货架期较短，造成严重的采后损失（Saha等，2021）。近年来，随着组学技术和分子生物学手段的发展，我们对香蕉果实成熟的分子调控机制有了更深入的理解。例如，全基因组DAP-Seq技术揭示了MaNAC029能够直接激活与乙烯合成和果实品质形成相关的基因，包括叶绿素降解、香气合成、淀粉降解和细胞壁降解（Wei等，2023）。此外，MaEIL9在香蕉果实成熟过程中调控淀粉降解和类胡萝卜素合成（Zhu等，2023）。MaMADS31-MaBZR2模块则通过抑制与成熟相关的基因MaACO13和MaPL15的表达，抑制香蕉果实的成熟（Wu等，2025）。结合转录组学与加权共表达网络分析（WGCNA），研究人员还鉴定了25种转录因子及其调控的靶基因，构建了香蕉果实成熟的分子调控网络（Kuang等，2021）。

bHLH基因家族是植物中第二大的转录因子家族，参与多种信号转导和生长发育过程（Buck和Atchley，2003；Zuo等，2023）。已有研究表明，bHLH转录因子在香蕉果实成熟调控中发挥关键作用。例如，MabHLH6通过激活淀粉降解相关基因的表达，参与香蕉果实成熟的调控（Xiao等，2018）。MabHLH7则通过激活多个细胞壁修饰相关基因的表达，促进香蕉果实的软化（Song等，2020）。MabHLH28能够与MaWRKY49/111相互作用，协同促进与软化相关的基因表达（Wu等，2024）。然而，目前关于bHLH转录因子在钙抑制香蕉果实成熟中的作用研究仍较为有限。

本研究发现，外源钙乳酸处理能够有效延缓香蕉果实的成熟，这一效应与MabHLH013和MabHLH057的表达水平升高密切相关。钙乳酸处理显著抑制了MaACO1的表达，而MaACO1是乙烯生物合成的关键基因。进一步的实验表明，MabHLH057能够直接结合到MaACO1的启动子区域，并抑制其转录。与此同时，MabHLH013作为MabHLH057的正向调控因子，能够增强其对MaACO1的抑制作用。此外，MabHLH013和MabHLH057均表现出自相互作用能力，能够形成同源二聚体，这可能有助于它们在调控网络中的协同作用。综上所述，本研究揭示了一种由钙乳酸诱导的新型转录调控级联反应，其中MabHLH013和MabHLH057共同作用，通过抑制MaACO1的表达，从而减少乙烯的生成，延缓香蕉果实的成熟。

本研究采用了一系列实验方法，包括植物材料的处理、基因表达分析、蛋白质相互作用研究等。首先，从广州附近的一家商业农场获取了成熟绿色香蕉（Musa acuminate AAA组，Cavendish品种），并选取了大小和颜色一致的果实进行实验。实验分为两组：一组为对照组，仅在空气中存放18小时；另一组为乙烯处理组，将果实暴露于100 μL/L的乙烯环境中18小时。此外，第二组还进行了自然成熟处理，即在水中存放1小时后，继续进行后续分析。在不同的贮藏天数（第0、1、3、5、7天）取样，用于后续的生理和分子生物学分析。

在研究钙乳酸对香蕉果实成熟的影响时，我们发现钙乳酸处理能够显著抑制乙烯的生成。乙烯处理的香蕉果实表现出明显的成熟迹象，如果实变黄、果肉变软等。而钙乳酸处理的果实则表现出较弱的成熟反应，其硬度和颜色保持较长时间。此外，乙烯处理的果实在第三天达到乙烯生成的高峰，随后逐渐下降，而钙乳酸处理的果实则显示出乙烯生成的延迟和抑制。进一步的基因表达分析表明，MaACO1的表达在乙烯处理组中迅速上升，随后逐渐下降，而钙乳酸处理组中MaACO1的表达则显著降低。这表明钙乳酸能够通过抑制MaACO1的表达，从而减少乙烯的生成，延缓香蕉果实的成熟。

我们还发现，MabHLH013和MabHLH057的表达水平在钙乳酸处理下显著提高，而在乙烯处理下则显著降低。这表明这两种转录因子可能在钙信号调控香蕉果实成熟的过程中起着重要作用。进一步的蛋白质相互作用研究表明，MabHLH057能够直接结合到MaACO1的启动子区域，并抑制其转录。同时，MabHLH013能够激活MabHLH057的表达，从而增强其对MaACO1的抑制作用。这种正向调控关系可能构成了一个转录调控级联反应，即钙乳酸通过促进MabHLH013的表达，进而增强MabHLH057的活性，最终抑制MaACO1的表达，减少乙烯的生成，延缓香蕉果实的成熟。

在探讨钙信号调控香蕉果实成熟的具体机制时，我们还注意到钙处理对果实其他生理指标的影响。例如，钙乳酸处理能够维持香蕉果实的硬度，防止其在贮藏过程中过早软化。此外，钙处理还能显著抑制果实的褐变和腐烂，这可能与其对细胞壁降解相关基因的调控有关。同时，钙处理还能够延长香蕉果实的贮藏期，使其在货架上保持更长时间的新鲜度。这些结果进一步支持了钙信号在香蕉果实成熟调控中的重要性，并为开发基于钙信号的保鲜技术提供了理论依据。

钙处理在园艺产品采后保鲜中的应用已有较长的历史，其在维持果实品质和延长货架期方面表现出显著效果。钙处理通常分为无机钙处理和有机钙处理。无机钙主要指以无机化合物形式存在的钙源，如碳酸钙（CaCO?）、磷酸钙（Ca?(PO?)?）、氯化钙（CaCl?）和硝酸钙（Ca(NO?)?）。这些无机钙源在实际应用中较为常见，但其作用机制仍需进一步研究。相比之下，有机钙源则涉及以有机形式存在的钙，如钙乳酸（calcium lactate）和钙氨基酸盐等。有机钙源在某些情况下可能具有更好的渗透性和生物可利用性，从而更有效地调控果实的生理过程。

在本研究中，我们发现钙乳酸处理能够显著延缓香蕉果实的成熟，这一效应可能与其调控转录因子MabHLH013和MabHLH057的表达有关。钙乳酸处理不仅能够抑制乙烯的生成，还能维持果实的硬度和颜色，从而延长其货架期。这些结果表明，钙乳酸作为一种有机钙源，可能在香蕉果实的采后保鲜中具有重要的应用价值。此外，钙乳酸处理对果实其他生理指标的积极影响，如抑制褐变和腐烂，进一步支持了其在保鲜中的潜在作用。

为了进一步验证钙乳酸对香蕉果实成熟的影响，我们还进行了相关实验，包括乙烯生成的测定、果实硬度的评估以及基因表达水平的分析。实验结果表明，钙乳酸处理能够显著降低乙烯的生成，这与MaACO1表达水平的降低相一致。同时，果实硬度的维持也表明钙乳酸能够有效抑制细胞壁降解相关基因的表达。这些结果不仅揭示了钙乳酸在香蕉果实成熟调控中的作用，还为开发基于钙信号的保鲜技术提供了新的思路。

在研究钙信号调控香蕉果实成熟的过程中，我们还发现MabHLH013和MabHLH057的表达受到钙信号的调控。钙处理能够显著促进这两种转录因子的表达，而乙烯处理则会抑制它们的表达。这种表达模式的变化可能与钙信号对果实成熟相关基因的调控有关。此外，MabHLH013和MabHLH057均表现出自相互作用能力，能够形成同源二聚体，这可能有助于它们在调控网络中的协同作用。这种二聚体形式可能增强了它们对目标基因的调控能力，从而更有效地抑制乙烯的生成。

综上所述，本研究揭示了钙乳酸处理通过调控MabHLH013和MabHLH057的表达，从而抑制MaACO1的转录，减少乙烯的生成，延缓香蕉果实成熟的新机制。这一发现不仅丰富了我们对钙信号调控果实成熟过程的理解，还为开发基于钙信号的采后保鲜技术提供了重要的理论依据。此外，研究还表明，钙处理在维持果实品质、延长货架期方面具有显著效果，这可能与钙信号对多种生理过程的调控有关。未来的研究可以进一步探索钙信号调控香蕉果实成熟的具体分子机制，以及不同钙源在保鲜中的应用效果，从而为实现更高效的果实保鲜提供科学支持。