ERF转录调控番木瓜果实采后“橡皮化现象”的分子机制研究

Papaya (Carica papaya L.), a tropical and subtropical exotic fruit, belongs to climacteric fruit. It develops physiological disease during postharvest storage which resulted a significant impact on long term storage and long distance transportation. 1-MCP treatment can effectively repress ethylene signal transduction, extend shelf life and retain freshness. But a certain concentration of 1-MCP treatment can induced rubbery texture of ‘Risheng’ papaya fruit, with deterioration of fruit qualities. The present project will focus on transcriptional regulation of ERF in 1-MCP induced rubbery texture base on our previous study. Synergistic expression of CpERF genes in relation to rubbery texture will be investigated to identify key CpERF gene and its target genes. Further transcriptional regulation mechanism of CpERF and cell wall metabolism related genes will be studied by dual-luciferase system, yeast hybrid system, biomolecular fluorescence complementation and transient assay. The results will provide theoretical evidence for papaya postharvest preservation technology.

番木瓜（Carica papaya L.）为热带亚热带地区的特色水果，属呼吸跃变型果实，采后贮藏过程中易发生生理病害，极大地影响了其长期贮藏和远距离运销。1-MCP处理能有效抑制乙烯信号转导过程，从而延长贮藏寿命，达到保鲜的目的。但一定浓度1-MCP处理使‘日升’番木瓜果实发生采后橡皮化现象，商品性丧失。本项目拟在前期研究基础上，深入探索ERF转录因子家族成员对番木瓜橡皮化调控的分子机制，通过协同表达模式分析确定参与橡皮化的CpERF候选基因，采用双荧光素酶体系、酵母杂交技术、BiFC技术和瞬时表达技术等手段明确并验证受CpERF转录调控的细胞壁代谢相关靶标基因，阐明ERF转录调控番木瓜果实采后橡皮化的分子机制，为番木瓜采后保鲜技术提供了理论依据。

番木瓜是热带亚热带地区的特色水果，其营养价值高，曾被冠以“水果之皇”的美称。番木瓜属于呼吸跃变型果实，采后贮藏过程中极易发生生理病害，最终导致软化腐烂，极大地影响了其长期贮藏和远距离销售。1-MCP处理能有效抑制乙烯信号转导过程，从而延长贮运寿命，达到保鲜的目的。但一定浓度的1-MCP处理使番木瓜果实发生采后橡皮化现象，商品性丧失。本项目针对生产中1-MCP处理后导致的番木瓜果实橡皮化现象，深入探索ERF转录因子家族成员对番木瓜橡皮化调控的分子机制。本项目利用深度测序结果，筛选出可能参与橡皮化的7个ERF基因家族成员和1个EIL差异表达基因，通过实时荧光定量PCR技术及相关性分析发现，这8个基因均受1-MCP处理下调表达，而ERF1/4/6/7/8/EIL1均受乙烯（ETH）上调表达，说明ERF1/4/6/7/8/EIL1为参与番木瓜橡皮化的候选基因。果胶含量和酶活性结果表明，1-MCP处理的番木瓜果实，原果胶含量的下降，果胶降解酶、纤维素酶和半纤维素酶的活性均受到抑制，结合RNA-Seq数据，筛选出可能参与橡皮化的靶标基因，分别为降解果胶的CpPG1、CpPME、CpGal4和CpGlu7基因，降解半纤维素的CpXyl1基因，以及降解纤维素的CpDGL5基因。进一步通过酶母单杂交技术，发现CpERF与果胶水解酶、半纤维素水解酶编码基因互作。说明ERF是通过直接结合这些细胞壁降解酶编码基因的启动子来调控细胞壁，从而抑制细胞壁降解，导致橡皮化发生。进一步通过番木瓜瞬时过量表达技术，也验证了这一结论。本结果为番木瓜采后保鲜技术提供了理论依据。本团队发表论文2篇，另有2篇论文正在投稿中。本项目特别注重人才培养，培养硕士生2人，本科生5人。