近日，著名国际期刊Molecular Horticulture（Q1，IF=10）在线发表我院汪良驹教授团队研究论文“5-Aminolevulinic acid activates the MdWRKY71-MdMADS1 module to enhance anthocyanin biosynthesis in apple”。该研究揭示一个受ALA正调控表达的MdWRKY71-MdMADS1模块介导ALA诱导苹果花青苷积累的转录调控机制，为ALA在高品质果实生产上推广应用提供了新的理论依据。
图片摘要 MdWRKY71-MdMADS1模块介导ALA诱导苹果花青苷生物合成的转录调控模式
背景介绍
苹果是我国最重要的落叶果树，其果实芳香艳丽深受广大消费者喜爱。苹果的外观色泽是影响果实品质的重要因素，鲜红亮丽的果实更具市场竞争力，而果实红色主要由花青苷含量决定。5-氨基乙酰丙酸（ALA）是一种新型植物生长调节物质，具有显著促进苹果花青苷合成功能。该团队最先发现这一功能，并且获得农业农村部批准，使ALA成为我国第一拥有完全知识产权的苹果增色剂。经转录组和蛋白质组学分析，他们在ALA处理后的苹果果皮中鉴定到MADS-box转录因子MdMADS1，证明其参与ALA诱导花青苷积累，但其作用机制尚不清楚。本研究以ALA诱导MdMADS1基因表达为切入点，运用多种分子生物学手段，深入细致地解析了ALA诱导花青苷积累的转录调控机制。
研究结果
首先利用外源ALA处理、GUS、LUC报告基因、酵母单杂交、EMSA以及过表达和抑制表达体系证明，ALA诱导离体苹果果皮、叶片及愈伤组织花青苷合成过程中依赖于MdMADS1（图1），而MdMADS1作为转录因子能够结合并激活MdCHS及MdUFGT表达（图2），从而促进花青苷合成。
图1 MdMADS1参与ALA诱导的苹果花青苷合成
图2 MdMADS1结合并激活MdCHS及MdUFGT表达，从而促进花青苷合成
其次，利用酵母双杂筛库，发现一个新的能与MdMADS1互作的WRKY转录因子MdWRKY71。Y1H、EMSA、LUC、GUS试验确认，MdWRKY71能结合MdDFR、MdANS以及MdMADS1启动子，并激活三种基因表达。蛋白质互作效应试验显示，MdWRKY71与MdMADS1的互作既增强MdMADS1与MdCHS和MdUFGT的启动子结合（图3），也增强MdWRKY71与靶基因MdDFR和MdANS启动子结合（图4）。因而，ALA诱导的MdMADS1-MdWRKY71模块互惠互利地促进苹果花青苷积累过程。但是，MdMADS1处于MdWRKY71调控的下游，对上游MdWRKY71基因表达没有调控活性。
图3 MdWRKY71增强MdMADS1对MdCHS和MdUFGT转录活性
图4 MdMADS1增强MdWRKY71对MdANS及MdDFR转录活性
综上所述，本研究揭示MdWRKY71-MdMADS1是介导ALA诱导苹果花青苷生物合成的关键复合体。其中，MdWRKY71激活转录因子MdMADS1以及花青苷合成结构基因MdANS和MdDFR表达，而MdMADS1直接激活MdCHS和MdUFGT基因表达。值得注意的是，MdWRKY71作为转录因子，一是调控MdMADS1基因表达，二是与MdMADS1蛋白互作，增强各自下游花青苷合成结构基因表达活性。基于以上发现，该研究构建了一个理论模型，描绘MdWRKY71和MdMADS1介导ALA增强苹果花青苷合成的调控网络（图片摘要）。
该研究结果揭开了ALA诱导苹果花青苷合成转录调控机制的面纱一角，为这种新型植物生长调节物质在高品质果品生产上的应用提供了理论依据。其所确定的基因，包括MdWRKY71和MdMADS1，可作为着色型苹果新品种选育的候选基因。
作者简介：
论文第一作者为南京农业大学果树学博士生张留孜，南京农业大学园艺学院汪良驹教授和陕西师范大学生命科学学院安玉艳副教授同为通讯作者。南京农业大学园艺学院科研助理张建婷及硕士毕业生陶慧慧在试验研究以及论文撰写过程中也发挥了重要作用。
汪良驹教授是江苏省植物生理学会植物生长物质与生长调控专业委员会主任。他于2000年起开始从事ALA在农林作物抗逆增产提质效应及其生物学基础研究。其研发的产品“金村秋”、“禾稼春”和“秀果美”等已经大面积应用于全国20多个省市区农业生产区。其团队先后获得20多项政府专项资金资助，在国内外学术期刊发表与ALA有关研究论文100余篇，国家授权专利20余项。“5-ALA抗逆提质增效理论的创建与应用”成果获2024年中国商业联合会技术发明一等奖、第一届江苏省园艺学会技术创新二等奖。
资助基金：
国家自然科学基金——32172512，31772253，32272641
江苏省碳达峰碳中和前沿基础项目——BK20220005
江苏省农业自主创新资金重大项目——CX(20)2023
江苏省高校优势学科项目
（编辑：汪良驹 校对、审核：陶书田）
