茉莉酸通过MdMYC2调控苹果果实成熟过程中乙烯合成的分子机制

The ethylene production of apple fruit is significantly increased after treated with jasmonate (JA), but the molecular mechanism under which JA regulates ethylene biosynthesis in apple fruit ripening is still unclear. In the previous study, we cloned an MdMYC2 gene, a very important transcription factor in JA signal transduction, whose expression is induced in in apple fruit treated with JA. In this proposal, we are planning to use Chromatin Immunoprecipitation (ChIP)，LUC-reporter gene assay, Yeast two hybrid assay (Y2H), Pull-down, Co-Immunoprecipitation (CoIP) and transient expression assay to study the following three points: (1) how MdMYC2 regulates the transcription of MdACS1 which is the key gene in ethylene biosynthesis during fruit ripening; (3) how MdMYC2 regulates the transcription of MdACS1 during fruit ripening through the regulation of MdERF3 which is a very important transcription factor in ethylene signaling; (3) how MdMYC2 regulates the transcription of MdACS1 through interacting with MdERF2 at protein level during fruit ripening. We are finally aiming to highlight how JA regulates ethylene biosynthesis by modulating the transcription factors and structural genes of ethylene signaling through MdMYC2 during apple fruit ripening. The predicted results will be helpful to study how JA interacts with ethylene to regulate fruit ripening, and will be valuable for regulating fruit ripening at molecular level.

茉莉酸促进苹果果实成熟过程中的乙烯合成，但其中的分子机制尚未明确。沉默茉莉酸信号途径中关键转录因子MdMYC2后，茉莉酸处理无法促进果实乙烯合成，说明MdMYC2是茉莉酸促进乙烯合成的关键因子。本项目在此基础上，拟利用酵母单杂交、凝胶阻滞、染色质免疫共沉淀和荧光素酶报告基因实验等手段，一方面研究MdMYC2作为转录因子如何直接调控乙烯合成关键基因MdACS1的转录；另一方面研究MdMYC2如何通过调控乙烯信号途径重要转录因子MdERF3间接调控MdACS1的转录；第三，利用酵母双杂交、Pull-down、免疫共沉淀和果实瞬时表达的方法研究MdMYC2与MdERF2互作如何调控MdACS1的转录，最终明确茉莉酸通过MdMYC2调控苹果果实成熟过程中乙烯合成的分子机制。预期结果有助于深入了解茉莉酸通过与乙烯信号途径的基因互作调控果实成熟的机理，对于人工调控果实成熟有重要指导意义。

苹果是呼吸跃变型果实，乙烯是控制果实成熟的主要激素。果实成熟过程中乙烯的生成受多种内源激素的影响，其中茉莉酸是一种重要的调控果实乙烯合成的激素，但是茉莉酸如何调控苹果果实成熟过程中乙烯的合成仍不得而知，特别是茉莉信号通路中的关键基因如何与乙烯通路中的关键基因相互作用更是了解甚少。在本项目中，我们系统研究了茉莉酸对苹果果实成熟过程中乙烯合成的影响，筛选了茉莉酸信号通路中响应茉莉酸的关键转录因子MdMYC2，研究了其在苹果果实乙烯合成中的作用，通过分子生物学、植物生理学等实验手段，探讨了MdMYC2与乙烯合成关键基因MdACS1和MdACO1之间的转录调控关系，同时探索了蛋白互作在转录调控中的作用。最终我们发现茉莉酸通过三条途径促进苹果果实乙烯合成：①茉莉酸促进MdMYC2的转录，MdMYC2直接结合MdACS1和MdACO1的启动子并促进它们的转录；②MdMYC2结合MdERF3的启动子并促进MdERF3的转录，进而间接促进MdACS1和MdACO1的转录；③MdMYC2在蛋白水平与MdERF2互作，这种互作关系阻碍了MdERF2与MdERF3之间的互作，从而释放更多的MdERF3促进MdACS1和MdACO1的转录。以上结果明确了茉莉酸与乙烯合成之间的关系，解决了植物中茉莉酸与乙烯合成之间一直悬而未决的问题，更加深入地揭示了苹果果实成熟的理论基础，为生产上利用茉莉酸调控苹果果实成熟和延长果实货架期奠定了理论基础。除此之外，茉莉酸是一种常用的促进果实着色的药剂，应用不当会造成果实成熟过快，贮藏性变差。为了能更好地利用茉莉酸提高果实品质，基于以上研究结果，我们发现在果实成熟期21 d左右，对树上果实喷施茉莉酸，可以有效促进果实着色，而此时由于MdACS1尚未开始表达，茉莉酸处理不能促进果实乙烯合成，果实乙烯合成和硬度在对照和处理之间没有显著差异，果实贮藏性不受影响。这一发现为茉莉酸促进果实成熟理论在生产中的应用又找到了新的落脚点。