枇杷果实采后冷害木质化的多转录因子协同调控机制

Low temperature storage is a conventional strategy to preserve postharvest fruit, which effectively maintains fruit quality and safety. However, low temperature also causes abiotic stress to fruit if the temperature is lower than the chilling point or in a long-term storage, where chilling injury may occur with the result of loss of fruit quality and commodity value. Compared with the wide investigation of plant abiotic stress, there are few reports about the transcriptional regulation mechanism of postharvest fruit to the abiotic stress. The present study will focus on the coordinated regulation mechanism of chilling induced lignification by multiple transcription factors in postharvest loquat fruit. Transcription factors such as AP2/ERF, MYB and NAC and lignin biosynthesis related genes such as 4CL and CAD1 will be the main targets genes, and their expression patterns under different treatments such as LTC、HT、ethylene、1-MCP、ASA、MeJA will be intensively investigated. Integrative strategies such as RNA-seq, trans-activation, gene-gene interaction, protein-protein interaction and transient/stable transformation will be carried out to identify key transcription factors regulating loquat fruit chilling injury and to elucidate the underlying regulatory mechanisms. Results of the present project may provide new insights for the molecular mechanisms of fruit response to low temperature as well as scientific support for the improvement of postharvest logistic system.

低温冷藏是果实贮藏物流的重要手段，也是产品质量安全的重要保障。采后果实在不适宜低温环境下贮藏物流，常会出现品质劣变等冷害症状，并带来重大经济损失。与植物对非生物胁迫的应答研究相比，采后贮藏物流果实响应非生物胁迫的机制解析相对滞后，且鲜见有转录调控果实采后冷害的相关报道。本研究拟围绕枇杷果实采后冷害木质化转录调控机制这一主题，以揭示AP2/ERF、MYB、NAC等转录因子的调控机制为靶向，以木质素单体合成的结构基因4CL1和CAD1为靶标，结合LTC、HT、乙烯、1-MCP、ASA、MeJA等处理，综合应用转录组数据，以及转录调控、基因互作、蛋白互作等技术手段，明确AP2/ERF、MYB、NAC等转录因子对果实冷害木质化的调控机制及协同作用模式，深入解析枇杷果实采后冷害木质化的生物学机制，并探索相应的调控技术途径。项目研究可丰富非生物胁迫应答生物学理论，并为改进贮藏物流技术体系提供科技依据。

低温冷藏是果实贮藏物流的重要手段，也是产品质量安全的重要保障。采后果实在不适宜低温环境下贮藏物流，常会出现冷害等品质劣变症状，并带来重大经济损失。与植物对非生物胁迫的应答研究相比，采后贮藏物流果实响应非生物胁迫的机制解析相对滞后，且鲜见有转录调控果实采后冷害的相关报道。植物组织木质化过程涉及细胞质中的木质素单体合成及其在细胞壁经自由基耦合反应聚合沉积的过程。本研究拟围绕枇杷果实采后冷害木质化转录调控机制这一主题，结合温度（0℃、LTC和HT）和激素（MeJA和ASA）处理，综合应用转录组数据，获得了一系列参与枇杷木质化的新型转录因子，包括以Ej4CL1启动子为靶标的EjAP2/ERFs、EjbHLH1、EjMYBs等，以EjCADs为靶标的EjNAC3和EjHAT1，以EjPRX12为靶标的和EjHB1等。通过基因互作、蛋白互作等技术手段，分析了转录因子间的协同效应，并进行了异源转化验证。研究发现了枇杷果实木质素单体合成靶基因Ej4CL1上游的激活型蛋白复合体EjERF39-EjMYB8和抑制型蛋白复合体EjbHLH1-EjAP2-1-EjMYB2调控新通路。EjERF39和EjMYB8不仅可分别直接激活Ej4CL1启动子调控木质素合成，还可通过EjERF39-EjMYB8蛋白复合体协同增效调控Ej4CL1，采后LTC处理通过抑制EjERF39的表达，减缓枇杷果肉木质化进程。EjbHLH1可分别与EjAP2-1和EjMYB2蛋白互作，且EjbHLH1-EjAP2-1-EjMYB2蛋白复合体可增强协同抑制Ej4CL1，LTC处理可诱导EjbHLH1表达进而减缓冷害木质化。EjHAT1和EjNAC3，分别通过抑制EjCAD5或激活EjCAD-like参与枇杷木质化进程，响应HT处理延缓冷害木质化。不同于LTC和HT处理，研究发现MeJA减缓冷害木质化则是通过抑制木质素单体聚合实现，靶基因是基因EjPRX12，并确定了其调控模块为EjbHLH14-EjHB1-EjPRX12。此外研究探索发展了新方法新技术，包括基于聚类方法的数据相关性（C-CorA）分析方法和枇杷果实果肉细胞可视化成像技术体系。研究结果深入解析枇杷果实采后冷害木质化的生物学机制，丰富了非生物胁迫应答生物学理论，并为改进贮藏物流技术体系提供科技依据。