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为解决梨果实石细胞木质化影响果实品质且其受光调控机制不明的问题，研究人员开展了蓝光对梨果实石细胞木质化调控机制的研究。结果发现 PbCRY1a 介导蓝光信号，经 PbbHLH195 激活 PbNSC 调节木质化，为改善梨果实品质提供遗传靶点。
在水果的世界里，梨以其清甜的口感和丰富的营养备受人们喜爱。然而，当你咬一口梨时，有没有注意到果肉中的一些颗粒感？这些颗粒其实就是石细胞，它们的存在是由于梨果实中木质化的次生细胞壁（SCW）形成，严重影响了梨的口感和整体品质。
木质化过程在植物生长中至关重要，它不仅为植物提供机械强度，使其能够直立生长，还帮助植物进行水分和养分的长途运输。但在果实中，木质化过度就会带来像梨石细胞这样的问题。而且，环境因素对木质化影响很大，尤其是光，不过光影响木质化的具体机制却一直是个谜。为了深入了解这个过程，提升梨的果实品质，南京农业大学的研究人员展开了一项关键研究，相关成果发表在《Molecular Horticulture》上。
研究人员采用了多种技术方法来揭开这一谜题。他们运用定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）分析基因表达水平；通过酵母单杂交（Y1H）、双荧光素酶（LUC）、电泳迁移率变动分析（EMSA）和染色质免疫沉淀 - 定量聚合酶链反应（ChIP-qPCR）等技术探究蛋白与基因启动子的相互作用；利用酵母双杂交（Y2H）、分裂荧光素酶互补成像（LCI）和免疫共沉淀（CoIP）技术验证蛋白质之间的相互作用；还通过石蜡切片和透射电子显微镜（TEM）观察细胞结构变化 。
蓝光正向调节梨果实石细胞形成
研究人员给‘翠冠’梨树补充蓝光，发现补充蓝光的梨果实石细胞含量显著增加，木质素含量也有所上升，同时木质素生物合成基因的转录水平上调。此外，蓝光处理还引起了梨果实中碳水化合物和能量代谢的变化，如山梨醇和葡萄糖含量降低，木质素生物合成底物莽草酸等有机酸含量增加。通过 RNA 测序分析，发现了 630 个差异表达基因（DEGs），其中 32 个与木质素生物合成相关，并且 NAC-MYB 级联反应在蓝光诱导的石细胞形成中起重要作用，PbNSC 与木质素生物合成基因和差异表达的 MYB 转录因子密切相关。
过表达 PbCRY1a 正向调节石细胞形成
先前研究表明蓝光诱导的木质化由 PbCRY1a 介导。在本次研究中，过表达 PbCRY1a 的拟南芥表现出矮化表型，木质素含量显著增加，尤其是石细胞中木质素的主要成分 G - 木质素。对拟南芥进行石蜡切片染色和 TEM 分析，发现过表达植株的木质化组织染色和自发荧光更强，次生细胞壁更厚。在梨愈伤组织中进行的实验也证实，下调 PbCRY1a 会抑制蓝光诱导的木质化，并且蓝光可诱导石细胞发育开关 PbNSC 的表达，而 PbCRY1a 的下调会抑制这一过程。
PbbHLH195 响应蓝光并直接结合 PbNSC 的启动子
为了揭示蓝光诱导石细胞形成的级联开关，研究人员克隆了 PbNSC 的启动子并进行酵母单杂交筛选，发现 bHLH 转录因子 PbbHLH195 在蓝光下上调，且受 PbCRY1a 介导的蓝光信号显著诱导，被认为是响应蓝光的 PbNSC 上游调节因子。Y1H、LUC、EMSA 和 ChIP-qPCR 等实验证实，PbbHLH195 能直接结合 PbNSC 的启动子，且 PbCRY1a 可增强 PbbHLH195 对 PbNSC 启动子的激活作用。
PbbHLH195 对蓝光诱导的木质素生物合成至关重要，并与 PbCRY1a 相互作用
在梨愈伤组织中过表达和反义抑制 PbbHLH195 的实验表明，抑制 PbbHLH195 转录会显著抑制蓝光诱导的木质化，同时影响 PbNSC 的表达，说明 PbbHLH195 对蓝光诱导的木质化至关重要。Y2H、LCI 和 CoIP 实验证明，PbCRY1a 与 PbbHLH195 直接相互作用，且这种相互作用依赖蓝光。这表明 PbbHLH195 是连接蓝光信号与梨石细胞木质化的新型转录枢纽。
过表达 PbbHLH195 正向调节 SCW 增厚和木质素沉积
在‘砀山酥梨’小果实中瞬时过表达 PbbHLH195，发现过表达部位石细胞染色增加，石细胞和木质素含量显著上升，PbNSC 和木质素生物合成基因的表达水平也提高。在拟南芥中过表达 PbbHLH195，同样观察到木质化组织染色增强，次生细胞壁增厚，G - 和 H - 木质素含量增加，且拟南芥中 PbNSC 的同源基因 AtSND1 表达被显著诱导，说明 PbbHLH195 - PbNSC 模块在梨和拟南芥中是保守的，PbbHLH195 可促进石细胞发育过程中的木质化和 SCW 增厚。
研究人员发现隐花色素介导的蓝光通过 PbbHLH195 激活 PbNSC 模块来调节梨果实细胞木质化，明确了 PbbHLH195 是连接蓝光信号和石细胞发育开关的新型分子枢纽。这一发现不仅加深了人们对蓝光诱导木质化机制的理解，还为优化园艺植物性能、改善梨果实品质提供了关键的理论依据和遗传靶点，对发展可持续的作物生产系统具有重要意义。
