SlERF26在番茄果实成熟过程中参与褪黑素调控乙烯生物合成及类胡萝卜素积累

《Plant Cell Reports》：SlERF26 contributes to melatonin-associated regulation of ethylene biosynthesis and carotenoid accumulation during tomato fruit ripening

　　

摘要

核心要点

SlERF26是褪黑素信号传导中的关键下游节点，它构成了一个新的调控模块，通过整合乙烯与类胡萝卜素代谢来推动番茄果实的成熟。

摘要

褪黑素是植物发育和应激反应领域中日益受到关注的一种调控因子，但它调控需熟果实成熟的特定转录机制目前仍不十分清楚。在本研究中，我们探讨了外源褪黑素对番茄（Solanum lycopersicum cv. ‘Micro Tom’）果实成熟的生理影响，并阐明了其背后的分子调控网络。研究结果表明，外源施加褪黑素，尤其是浓度为100 μmol·L?1时，能显著加速果实成熟进程，表现为果实着色更早、可溶性糖含量升高以及类胡萝卜素积累增加（尤其是番茄红素）。这种表型变化伴随着成熟过渡期乙烯生成量和呼吸速率的提前且更强烈的上升。通过整合转录组分析及加权基因共表达网络分析（WGCNA），我们发现属于AP2/ERF超家族的SlERF26是一种对褪黑素响应显著的转录因子，其与乙烯生成及色素积累相关性状存在强烈的正相关性。利用病毒诱导的基因沉默技术（VIGS）进行的功能研究显示，抑制SlERF26会显著延缓果实成熟，阻碍叶绿素降解，同时降低参与类胡萝卜素（SlPSY1、SlPDS）和乙烯（SlACS2、SlACO1）生物合成的关键基因的表达。此外，SlERF26被沉默后，与果实成熟相关的酶也会出现具有阶段特异性的变化，在果实生长40天时PDS和ACO的水平下降，而PSY的水平则上升，这可能是一种补偿性反应。进一步研究表明，补充褪黑素也无法完全修复SlERF26被沉默后的果实成熟缺陷，这说明SlERF26在褪黑素调控乙烯生物合成和类胡萝卜素积累过程中起着重要作用。总体而言，这些研究结果支持这样一种模型：在番茄果实成熟过程中，SlERF26参与了褪黑素对乙烯和类胡萝卜素代谢的调控。