防控冷害一直是水果保鮮產(chǎn)業(yè)的技術(shù)難題，而解析冷害發(fā)生及調(diào)控機(jī)制是采后生物學(xué)的前沿科學(xué)問題。香蕉是世界上產(chǎn)量和貿(mào)易量最大的水果，作為熱帶亞熱帶作物，香蕉對(duì)低溫十分敏感，極易發(fā)生冷害。主要癥狀為果皮褐變、果肉硬化、嚴(yán)重時(shí)果實(shí)將無(wú)法正常后熟，導(dǎo)致失去商品價(jià)值，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。MicroRNA (miRNA) 是一類長(zhǎng)度為20-24個(gè)核苷酸的非編碼單鏈小分子RNA，調(diào)控轉(zhuǎn)錄后的基因沉默，在植物生長(zhǎng)發(fā)育和逆境響應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。去年，兩位美國(guó)科學(xué)家因首次發(fā)現(xiàn)miRNA及其在轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控中的作用而獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
中國(guó)科學(xué)院華南植物園果蔬保鮮技術(shù)研發(fā)與利用團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫下miR528通過調(diào)控多酚氧化酶PPO的表達(dá)引發(fā)采后香蕉果皮的活性氧失衡和果皮褐變，而在香蕉果皮中瞬時(shí)過表達(dá)miR528延緩了冷害發(fā)生（圖1）。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，香蕉基因組中大多數(shù)MaSPL受冷脅迫抑制，其中MaSPL4/5/25/42/44能夠結(jié)合MIR528的啟動(dòng)子并激活其表達(dá)，且其中MaSPL4/5/42/44同時(shí)又是miR156c的靶基因。隨后通過瞬時(shí)轉(zhuǎn)化結(jié)合多重實(shí)驗(yàn)明確了miR156c-MaSPL4在香蕉冷脅迫響應(yīng)中的功能（圖2）。再利用DAP-seq和RNA-seq聯(lián)合分析鑒定并初步驗(yàn)證了數(shù)個(gè)與冷脅迫表型相關(guān)的MaSPL4靶基因。基于此，提出了一個(gè)參與香蕉冷脅迫響應(yīng)的級(jí)聯(lián)工作模型，即在冷脅迫下，香蕉果皮中miR156c顯著上調(diào)，而其靶基因MaSPL4顯著下調(diào)，進(jìn)而抑制受其轉(zhuǎn)錄調(diào)控的miR528積累，造成miR528的靶基因MaPPO顯著上調(diào)，引發(fā)活性氧大量累積。同時(shí)，MaSPL4還可能通過干擾果皮中長(zhǎng)鏈脂肪酸與角質(zhì)合成來影響其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致香蕉果皮的冷害表型（圖3）。該研究揭示了相對(duì)獨(dú)立于CBF/DREB1 (C-repeat binding factor/dehydration responsive element binding 1) 經(jīng)典信號(hào)通路外的一條新的冷應(yīng)激途徑，豐富了香蕉冷害的分子機(jī)制，同時(shí)為培育抗冷香蕉品種提供了靶標(biāo)分子。
相關(guān)研究結(jié)果已近期發(fā)表在園藝學(xué)高水平期刊Molecular Horticulture（《分子園藝》）上。華南植物園孔祥錦博士為論文第一作者，朱虹副研究員和屈紅霞研究員為共同通訊作者。蔣躍明研究員、段學(xué)武研究員、云澤副研究員、單幼霞博士和碩士生彭寬等參與相關(guān)研究。同時(shí)，英國(guó)東安格利亞大學(xué)Tamas Dalmay教授參與合作研究。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院國(guó)際訪問學(xué)者等項(xiàng)目的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1186/s43897-024-00115-1
圖1. 瞬時(shí)過表達(dá)miR528延緩香蕉果皮冷害發(fā)生
圖2. 香蕉冷脅迫響應(yīng)中miR156c-MaSPL4模塊的功能驗(yàn)證
圖3. 參與香蕉冷脅迫響應(yīng)的miR156c-SPL4-miR528-PPO級(jí)聯(lián)工作模型
附件下載：