内切葡聚糖酶SICEL2与扩展蛋白SIEXP1协同调控番茄果实纤维素降解及软化的分子机制

为解决番茄果实采后软化导致的货架期短、运输损耗大等问题，上海交通大学农业与生物学院研究人员通过构建SlCEL2和SlEXP1双基因沉默株系，首次揭示二者通过协同降解纤维素调控果实软化的分子机制。研究发现双突变体slcel2 slexp1在红熟期（54 dpa）果实硬度显著提升，纤维素含量增加且细胞结构更致密，同时发现SlCEL2缺失会触发SlEXP1的转录补偿效应。该成果为番茄品质改良提供了新靶点，发表于《BMC Plant Biology》。

　　

番茄果实软化机制的新突破：双基因协同作用揭示
番茄作为全球重要的经济作物，其果实软化过程直接影响采后品质和商业价值。然而，过度软化导致的运输损耗和货架期缩短一直是产业痛点。传统研究聚焦于单一细胞壁修饰酶的作用，但对多基因协同调控网络的认识仍存在空白。尤其令人困惑的是，此前单独沉默内切葡聚糖酶SlCEL2或扩展蛋白SlEXP1均未显著改变果实硬度，暗示可能存在未被发现的补偿机制。

上海交通大学农业与生物学院赵凌霞团队基于前期发现的乙烯不敏感突变体yft1（yellow-fruited tomato 1），通过转录组分析锁定SlCEL2和SlEXP1这两个在果实成熟期共表达的基因。利用RNAi技术构建单基因（slcel2、slexp1）和双基因（slcel2 slexp1）沉默株系，结合多尺度表型分析，首次揭示二者通过协同降解纤维素调控软化的分子机制。

研究采用RT-qPCR监测基因表达动态，通过质构仪测定果实压缩抗性（CRW）和表皮穿透力（SP），结合光学/透射电镜观察细胞超微结构，并利用生化法测定纤维素、半纤维素和果胶含量。关键发现包括：

SlCEL2与SlEXP1的协同表达模式
在野生型M82中，SlCEL2和SlEXP1转录水平在成熟期（47-54 dpa）同步激增，而在yft1突变体中显著下调。双沉默株系slcel2 slexp1在红熟期（54 dpa）硬度较野生型提高15%，而单基因沉默株无显著差异，证实功能冗余性。

细胞壁结构的特异性改变
双突变体在54 dpa呈现更致密的细胞排列，纤维素含量较野生型高23%。Calcofluor荧光染色显示纤维素沉积增强，但半纤维素和果胶含量无显著变化，表明二者特异性靶向纤维素-木葡聚糖网络。

转录补偿效应的发现
SlCEL2缺失导致SlEXP1表达上调1.8倍，而双沉默则阻断此效应，揭示基因间存在反馈调节环路。这种补偿机制可能是此前单基因研究结论不一致的原因。

生理性状的精准调控
双沉默株系果实大小、植株生长与野生型无差异，但yft1因乙烯通路受损表现出发育迟缓，说明SlCEL2/SlEXP1特异性调控成熟期软化而非生长发育。

该研究突破性地证明SlCEL2与SlEXP1通过“机械松动（SlEXP1）-酶解切割（SlCEL2）”协同模式促进纤维素降解。这一发现不仅完善了果实软化理论模型，更为培育耐储运番茄品种提供了精准靶点。未来研究可探索二者在细胞壁“热点区域”的时空互作，或通过基因编辑技术进一步优化软化的调控精度。论文发表于《BMC Plant Biology》，为采后生物学领域树立了多基因协同研究的范式。