MADS-box转录因子VvMADS4与VvTM6协同调控酿酒葡萄无环类异戊二烯生物合成的机制

《Horticulture Research》：A VvMADS module links carotenoid metabolism with ABA biosynthesis to promote norisoprenoid accumulation in grape berry

　　

摘要

无环类异戊二烯是酿酒葡萄（Vitis vinifera L.）中的关键香气化合物，来源于类胡萝卜素的裂解，然而协调其生物合成的转录机制仍知之甚少。本研究鉴定了两个来自不同亚族的MADS-box转录因子——VvMADS4（VvSEP3）和VvTM6（VvAP3.2），它们的表达与葡萄浆果成熟过程中无环类异戊二烯的积累呈强相关。瞬时过表达和愈伤组织稳定转化实验表明，这两个转录因子各自独立地促进无环类异戊二烯的产生，而它们的共表达则导致协同增强。转录组学和代谢组学分析显示，VvMADS4和VvTM6与类胡萝卜素、无环类异戊二烯以及脱落酸（ABA）生物合成相关基因的表达增加有关，包括八氢番茄红素合酶1（VvPSY1）、新黄质缺乏1（VvNXD1）和9-cis-环氧类胡萝卜素双加氧酶（VvNCEDs）。在机制上，VvTM6直接结合并激活VvNXD1启动子，从而促进新黄质合成，并将类胡萝卜素代谢通量重新导向新黄质和无环类异戊二烯的产生。相比之下，VvMADS4通过与VvTM6的物理相互作用增强无环类异戊二烯的生物合成，而不直接结合VvNXD1启动子。此外，VvMADS2直接激活VvNCED1，导致ABA和无环类异戊二烯的增加，同时也与VvMADS4和VvTM6发生相互作用。总之，这些发现揭示了一个整合类胡萝卜素代谢与ABA生物合成的MADS模块，在葡萄浆果成熟过程中促进无环类异戊二烯的积累，为改善葡萄香气品质提供了潜在的靶点。