PpERF113–PpbZIP1复合体响应水杨酸通过调控PpACO11表达控制砂梨果实衰老

《Horticultural Plant Journal》：PpERF113–PpbZIP1 complex responses to salicylic acid to control sand pear fruit senescence by regulating PpACO11 expression

　　

乙烯促进果实衰老，而水杨酸（SA）对其拮抗作用已被广泛表征，但SA信号与乙烯响应因子之间的分子联系尚不清楚。研究人员从SA处理的砂梨（Pyrus pyrifolia）转录组分析中鉴定出PpERF113，该乙烯响应因子基因表达受SA显著下调。过表达PpERF113加速砂梨果实、愈伤组织和番茄果实衰老，SA延缓由PpERF113引起的衰老进程。酵母双杂交和荧光素酶 Assay 证明PpERF113与PpbZIP1、PpEIN3互作。沉默PpERF113或PpbZIP1延缓衰老，双重沉默增强该效应，尤其在SA处理下。此外，PpERF113直接激活参与乙烯生物合成的PpACO11。总之，PpERF113–PpbZIP1复合体响应水杨酸，PpERF113通过调控PpACO11表达控制砂梨果实衰老。

研究背景与立项依据

果实衰老是园艺作物发育后期的重要生理过程，显著影响营养品质、感官属性与商品价值。砂梨为典型跃变型果实，衰老伴随失水、表皮皱缩及衰老相关酶活波动。乙烯（ET）作为核心信号分子调控跃变型果实成熟衰老，其合成末端酶1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶（ACO）催化ACC向乙烯转化，ACO基因表达与酶活性决定乙烯产出。乙烯下游AP2/ERF亚族转录因子（ERF）广泛参与衰老网络，但砂梨PpERF类基因在乙烯与其他激素互作下的机制研究有限。水杨酸（SA）可延缓多种果实衰老，前期转录组显示PpERF113受SA下调，但其如何桥接SA信号与乙烯合成尚未阐明。该研究由河北农业大学园艺学院Haiyan Shi、Yue Xu、Huiying Wang团队完成，发表于《Horticultural Plant Journal》，旨在解析PpERF113–PpbZIP1复合体响应SA、调控PpACO11及乙烯合成从而控制砂梨果实衰老的分子模块。

主要技术方法概括

研究人员以河北农业大学试验站150 DAFB采收的砂梨‘Whangkeumbae’及自然成熟‘Akizuki’果实、砂梨花药诱导愈伤组织、番茄野生型与稳定过表达PpERF113的T4代株系为材料队列；采用系统进化与蛋白域分析明确PpERF113归属，烟草叶片亚细胞定位观察核分布；酵母双杂交（Y2H）与萤火虫荧光素酶互补（LUC）验证蛋白互作；砂梨果实农杆菌瞬时过表达与TRV介导VIGS沉默、愈伤农杆菌转化、番茄稳定遗传转化构成功能获得/缺失体系；启动子克隆结合酵母单杂交（Y1H）与双荧光素酶报告系统判定PpERF113对PpACO11启动子P1元件的直接转录激活；气相色谱测乙烯释放，生化法检测MDA、抗氧化酶（POD、CAT、SOD）、ROS（H₂O₂、O₂^.-）、细胞壁降解酶（PG、PME、CEL）及SA含量；RT-qPCR定量基因表达。

研究结果

3.1 PpERF113定位于细胞核并响应激素

PpERF113与梨属及苹果MdERF113同源性96.4%以上，含保守AP2/ERF域，烟草瞬时表达显示核定位且0.2 mmol·L^-1 SA不改变分布。RT-qPCR表明0.02–2 mmol·L^-1 SA下调其转录，2 mmol·L^-1 ACC与200 mg·L^-1 ETH上调，提示其受SA抑制、受乙烯前体/乙烯诱导。

3.2 PpERF113过表达加速砂梨果实衰老

‘Akizuki’果实瞬时过表达PpERF113致软化加剧、ACO活性和乙烯释放升高、MDA积累、抗氧化酶（POD、CAT、SOD）活下降、ROS上升、PG/PME/CEL活增强、内源SA降低，PpACO11及细胞壁降解基因上调；0.2 mmol·L^-1 SA外源处理逆转上述表型，证实PpERF113促衰、SA拮抗。

3.3 PpERF113过表达加速砂梨愈伤衰老

‘Akizuki’与‘Whangkeumbae’愈伤过表达系培养40 d后MDA升、抗氧化酶降、ROS积、细胞壁酶活增、SA减、PpACO11升；2 mmol·L^-1 ACC促衰，0.02 mmol·L^-1 SA缓解，与果实结论一致。

3.4 PpERF113异源过表达加速番茄衰老

番茄OE#1–#3线中PpERF113最高者转色提前，采后ACC处理5 d即皱缩，15 d严重衰；OE果实质地软、ACO/乙烯/MDA高、抗氧化酶低、ROS与细胞壁酶高、SA低、SlACO11升；SA处理减轻衰变，跨物种保守促衰。

3.5–3.6 PpERF113与PpbZIP1及PpEIN3a/b互作

STRING预测并经Y2H与LUC确认PpERF113结合PpbZIP1与PpEIN3a/b，不与PpMAPK3/7/10/16、PpbZIP2/3互作；PpbZIP1不与PpEIN3a/b互作，说明PpERF113处于ERF–EIN3及ERF–bZIP交叉节点。

3.7 PpbZIP1表达模式

PpbZIP1在果肉优势表达，采后15 DAH达峰；SA下调、ETH上调，与PpERF113激素响应同向。

3.8 单/双沉默PpERF113与PpbZIP1延衰

VIGS沉默PpERF113或PpbZIP1均提硬度、降ACO/乙烯/MDA/ROS/细胞壁酶、升SA与抗氧化酶、抑PpACO11；双沉默效应更强，叠加0.2 mmol·L^-1 SA进一步延衰，证明二者协同促衰。

3.9 PpERF113直接激活PpACO11启动子P1区

PpACO11启动子2 kb含P1/P2两个ERF结合区，Y1H中PpERF113-AD仅在P1-AbA100 ng·mL^-1平板上生长，双荧光素酶显示35S-PpERF113激活0800-PpACO11_pro；PpbZIP1无直接调控，PpEIN3a不调控PpERF113/PpbZIP1启动子，确立PpERF113→PpACO11转录激活为关键链路。

讨论与结论翻译

讨论指出，ERF家族在香蕉MaERF9/11、苹果MdERF5、梨PuWRKY31等中已见对ACO/ACS的激活或抑制，本研究补充砂梨PpERF113作为SA抑制型ERF直接驱动PpACO11。PpERF113–PpbZIP1以蛋白水平复合体（非转录互调）协同响应SA与ACC，区别于香蕉MaMYB69–MaERF55–MabZIP5级联或苹果MpbZIP46–MpERF105的ABA/ET花青素模块。SA通过抑制PpERF113与PpbZIP1表达，削弱PpERF113对PpACO11的激活，从而降低乙烯合成、氧化伤害与细胞壁降解，延缓砂梨衰老；双沉默协同SA增效为采后保鲜提供靶点。

结论：PpERF113–PpbZIP1复合体响应水杨酸，其中PpERF113通过直接调控PpACO11表达控制砂梨果实衰老。