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为探究 5 - 氨基乙酰丙酸（ALA）促进苹果花青素积累的机制，南京农业大学和陕西师范大学的研究人员开展了相关研究。结果发现，ALA 可激活 MdWRKY71-MdMADS1 模块，该模块通过调控花青素生物合成基因，促进苹果花青素积累，为果实品质改良提供了理论依据。
在水果的世界里，苹果凭借其丰富的营养价值和诱人的色泽深受人们喜爱。其中，花青素作为赋予苹果鲜艳色彩的关键物质，不仅决定了苹果的外观品质，还具有强大的抗氧化功能，对人体健康益处多多。近年来，5 - 氨基乙酰丙酸（ALA）作为一种天然的植物生长调节剂，在促进苹果果实着色方面展现出显著效果，这一现象引起了科研人员的浓厚兴趣。然而，ALA 究竟是通过何种神秘机制来提升花青素积累的呢？这一问题如同迷雾，笼罩在植物科学研究领域，亟待解开。为了揭开这层神秘面纱，南京农业大学和陕西师范大学的研究人员勇挑重担，展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Molecular Horticulture》杂志上，为我们揭示了 ALA 促进苹果花青素积累的分子机制，这一成果意义非凡，为提高苹果果实品质和优化种植技术提供了重要的理论支撑 。
研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。在植物材料处理方面，选用了‘Fuji’‘Orin’‘Royal Gala’（GL-3）‘Huashuo’等苹果品种，对其进行不同浓度 ALA 处理。通过花青素提取与测定、总 RNA 提取及实时定量 PCR 分析等实验技术，检测花青素含量和基因表达水平。同时，利用酵母单杂交（Y1H）、酵母双杂交（Y2H）、电泳迁移率变动分析（EMSA）等技术，探究蛋白与基因启动子之间的相互作用关系 。
下面来看具体的研究结果：
- ALA 诱导 MdMADS1 表达参与苹果花青素积累：研究发现，不同组织的苹果积累花青素所需的 ALA 浓度不同。对‘Huashuo’苹果果实进行 ALA 处理后，其花青素含量显著增加。进一步研究表明，ALA 可诱导 MdMADS1 表达，且该基因对苹果花青素的生物合成具有正向调控作用，这一结论通过对‘Orin’苹果愈伤组织和‘Huashuo’苹果果实进行基因过表达和 RNA 干扰实验得以验证 。
- MdMADS1 激活花青素生物合成基因 MdCHS 和 MdUFGT 的表达：MdMADS1 编码 246 个氨基酸，含有典型的 MADS-box 结构域，定位于细胞核。Y1H、EMSA 和 LUC 等实验表明，MdMADS1 能特异性结合 MdCHS 和 MdUFGT 的启动子，激活其转录，从而促进花青素生物合成 。
- MdMADS1 与 WRKY 转录因子 MdWRKY71 相互作用：研究人员利用 Y2H 筛选技术，发现 MdWRKY71 与 MdMADS1 存在特异性相互作用。体外 pull-down 实验、荧光素酶互补成像（LCI）和双分子荧光互补（BiFC）实验进一步证实了这一结果。MdWRKY71 编码 327 个氨基酸，含有 WRKY 结构域，同样定位于细胞核 。
- MdWRKY71 促进 ALA 介导的花青素生物合成：ALA 处理可显著上调 MdWRKY71 的表达。通过对苹果果实和愈伤组织进行基因过表达和 RNA 干扰实验发现，MdWRKY71 对花青素生物合成具有正向调控作用，且 ALA 诱导的花青素积累可能依赖于 MdWRKY71 的表达 。
- MdWRKY71 增强 MdMADS1 对下游基因的转录激活作用：在苹果叶片中进行的瞬时共表达实验表明，MdWRKY71 与 MdMADS1 协同作用，可显著提高花青素含量和下游基因 MdCHS、MdUFGT 的表达水平。GUS、LUC 和 EMSA 等实验进一步证明，MdWRKY71 可增强 MdMADS1 与靶基因启动子的结合能力 。
- MdWRKY71 直接激活 MdMADS1 的表达：研究发现，MdWRKY71 能直接结合 MdMADS1 的启动子，激活其表达。Y1H、EMSA、LUC 和 GUS 等实验从不同角度证实了这一调控关系，表明 MdWRKY71 在调控 MdMADS1 表达中发挥着重要作用 。
- MdWRKY71 直接结合 MdANS 和 MdDFR 的启动子促进花青素生物合成：Y1H 实验显示，MdWRKY71 能特异性结合花青素生物合成基因 MdANS 和 MdDFR 的启动子。EMSA、LUC 和 GUS 等实验进一步证明，MdWRKY71 可激活 MdANS 和 MdDFR 的转录，从而促进花青素生物合成 。
- MdWRKY71 与 MdMADS1 的相互作用促进与下游基因的结合：在苹果愈伤组织中进行的稳定共表达实验表明，MdWRKY71 与 MdMADS1 相互作用，可显著增加花青素积累和下游基因 MdANS、MdDFR 的表达水平。LUC、GUS 和 EMSA 等实验证实，二者的相互作用增强了 MdWRKY71 与下游基因启动子的结合能力 。
综合上述研究结果，研究人员得出结论：MdMADS1 和 MdWRKY71 在 ALA 诱导的苹果花青素生物合成过程中发挥着核心作用。MdMADS1 直接激活关键生物合成基因 MdCHS 和 MdUFGT，而 MdWRKY71 则激活 MdANS 和 MdDFR 的表达。更为重要的是，MdWRKY71 通过与 MdMADS1 在转录和蛋白质水平上的相互作用，增强了 MdMADS1 的活性；同时，MdMADS1 也通过蛋白质相互作用促进了 MdWRKY71 的活性。二者形成的协同调控机制，共同驱动了苹果果皮中花青素的生物合成。这一研究成果为深入理解植物中 ALA 诱导花青素产生的分子机制提供了新的视角，凸显了新发现的 MdWRKY71-MdMADS1 模块的重要性。未来，有望基于这一研究成果，开发出更有效的苹果果实增色技术，为提升苹果品质和市场竞争力奠定坚实基础 。
