枣果实成熟过程中ACS和ACO基因家族的全基因组鉴定与表达分析揭示乙烯生物合成的调控机制

为解决鲜食枣'冬枣'采后货架期短的问题，中国林业科学研究院等团队通过全基因组分析鉴定出7个ZjACS和36个ZjACO基因，揭示其在果实成熟阶段的特异性表达模式及与ERF、NAC、WRKY转录因子的共表达网络，为解析非跃变型果实乙烯调控机制提供新见解，发表于《Scientific Reports》。

　　

鲜食枣'冬枣'因其独特风味和营养价值广受欢迎，但其采后货架期仅3-5天，严重制约产业发展。传统观点认为乙烯仅主导跃变型果实成熟，但近年研究发现乙烯在非跃变型果实成熟中同样发挥关键作用。然而，枣作为典型非跃变型果实，其乙烯生物合成关键酶1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶(ACS)和氧化酶(ACO)的基因家族特征及调控机制尚未系统解析。

中国林业科学研究院经济林研究所张树林团队联合河南科技学院等单位，首次在'冬枣'中开展ACS和ACO基因家族的全基因组研究。通过整合基因组学、转录组学和分子生物学方法，团队鉴定出7个ZjACS和36个ZjACO基因，发现其通过串联重复和片段复制扩张，且启动子区富含ABA、MeJA等激素响应元件。研究揭示ZjACS2/ZjACO2等基因在果实成熟后期的特异性表达模式，并构建其与ERF、NAC、WRKY转录因子的共表达网络，为阐明非跃变型果实乙烯调控的分子机制提供重要线索。论文发表于《Scientific Reports》。

关键技术包括：1) 基于ELISA检测不同发育阶段ACS/ACO酶活性；2) 利用HMMER和BLASTp从'冬枣'基因组鉴定ACS/ACO基因；3) 采用RNA-seq分析7个发育阶段(40-130 DAP)基因表达谱；4) 通过MEME和PlantCARE分析保守基序与顺式元件；5) 运用MCScanX进行共线性分析和Ka/Ks计算；6) 基于Pearson相关系数构建共表达网络。

结果解析
乙烯生物合成酶活性动态
ACS活性随果实发育持续升高，而ACO活性呈波动趋势，在S4(85 DAP)达峰后短暂下降，暗示二者在成熟不同阶段的协同调控。

基因家族特征
7个ZjACS基因均含1-3个内含子，分为4个进化亚型；36个ZjACO基因中30个为串联重复产物，形成3个主要类型和4个亚类。值得注意的是，ZjACO22/29/31/32缺乏UTR区，可能影响其转录效率。

顺式调控元件多样性
ZjACS2启动子含最多激素响应元件，而75% ZjACOs含ABA和MeJA响应元件。ZjACO2/11等基因携带乙烯响应元件DRE1，与其成熟后期高表达模式相符。

表达模式特异性
ZjACS1/5在果实转色期表达达峰，16个ZjACOs在成熟后期显著上调。qRT-PCR验证显示ZjACS3与WRKY1(PC=0.9679)、ZjACO4与NAC2(PC=0.9965)存在强共表达关系。

共表达网络调控
4个ZjACS和9个ZjACOs与20个ERF、13个NAC、12个WRKY转录因子形成调控模块，其中ZjERF2与6个ZjACOs互作，提示乙烯合成可能通过保守转录枢纽调控。

结论与意义
该研究首次系统揭示'冬枣'乙烯合成基因家族的进化特征和表达规律：1) ZjACO家族通过串联重复显著扩张，反映非跃变型果实对乙烯调控的特殊适应性；2) 鉴定出ZjACS2/ZjACO4等关键基因及其互作转录因子ZjNAC2/ZjWRKY1，为分子育种提供靶点；3) 提出"低水平乙烯精确调控"模型，解释非跃变型果实成熟机制。研究成果不仅为延长枣果实货架期提供理论依据，也为其他非跃变型果实的采后调控研究建立方法学范式。

未来研究可聚焦于：1) 通过VIGS验证ZjERF2-ZjACO2调控模块功能；2) 在模式植物中异源表达关键基因；3) 开发基于启动子元件的分子标记辅助育种技术。这项工作填补了非跃变型果实乙烯研究的空白，对推动特色果树产业高质量发展具有重要意义。