含“EDLL”激活域的转录因子ERFs调控采后香蕉果实蔗糖合成机理解析

Banana sucrose content increases significantly during the postharvest fruit ripening, which is the characteristic of fruit ripeness and flavor change. However, the mechanism of sucrose synthesis regulation in this process is still unknown. ERFs (Ethylene Response Factors) is one of important components in the Ethylene signal transduction, especially in the process of fruit ripening. But their molecular mechanisms in regulation of banana sucrose synthesis are not clear. Among 213 banana ERFs of banana genome in this study, MaERF096 and MaERF098 containing the activating domain "EDLL"，were obviously induced by ripening and was consistent with the increase of sucrose content. In order to reveal the regulatory network of MaERF096 and MaERF098 involving in banana sucrose synthesis, the direct target genes and the interaction proteins of MaERF096/098 are screened and confirmed by method of DNA-Protein, Protein interaction and gene knockout. Besides, the role of interaction proteins influencing MaERF096/098 on the regulation of target genes is studied. The results obtained in the project will not only provide new evidence of exploring the mechanisms leading to the development of banana ripening, but also provide theoretical basis to excellent low sugar banana varieties breeding.

香蕉果实采后成熟过程中蔗糖含量显著上升，是果实成熟及风味变化的特征。但此进程中蔗糖合成调控机理还存在很多未知。ERFs（Ethylene Response Factors）是乙烯信号转导中重要的元件之一，在果实成熟衰老进程中作用尤其重要。但其在香蕉采后蔗糖合成中的作用及其调控机制，未见相关报道。本研究分析了香蕉基因组中213个ERFs基因的结构特征，发现MaERF096和MaERF098的含有转录激活域“EDLL”。同时发现它们的表达受果实成熟诱导上升，并与果肉蔗糖含量上升一致。通过DNA-蛋白质、蛋白质互作和基因敲除等手段，筛选、鉴定MaERF096/098的下游调控的蔗糖合成关键基因、以及互作蛋白，并分析互作蛋白对其调控下游靶基因的影响，以期系统阐明ERFs调控香蕉果肉蔗糖合成的分子机制。研究结果将为完善香蕉采后成熟的机制提供新见解，并为优良低糖香蕉品种的选育提供新的理论依据。

香蕉是全球重要的热带水果，具有重要的经济价值。香蕉果实采后成熟过程中淀粉降解，同时蔗糖含量显著上升，是果实成熟及风味变化的特征。ERFs（Ethylene Response factors）是乙烯信号转导中重要的元件之一，在果实成熟衰老进程中作用尤其重要。本项目以香蕉ERFs与糖代谢的复杂调控为研究方向，通过体内外DNA-蛋白质互作、酵母双杂等手段，并分析ERFs蛋白对其调控下游靶基因的影响，以期系统阐明ERFs调控香蕉果肉蔗糖合成的分子机制。研究结果将为完善香蕉采后成熟的机制提供新见解，并为优良低糖香蕉品种的选育提供新的理论依据。本项目的主要研究结果如下：1）从香蕉基因组数据库中分离获得27个参与香蕉果实蔗糖合成相关酶基因，并分析这27个基因在三种不同成熟进程（包括自然成熟、乙烯催熟、1-MCP抑制成熟）中的表达。结果显示，有17个基因在果实成熟过程中差异表达，随着果实成熟进程呈明显上调的趋势。2）本研究分析了香蕉基因组中213个ERFs基因的结构特征，发现四个含有转录激活域“EDLL”的ERF转录因子（MaERF14L、MaERF96L、 MaERF096和MaERF098）。同时发现它们的表达受果实成熟诱导上升，并与果肉蔗糖含量上升一致。3）MaERF14L、MaERF96L、 MaERF096和MaERF098均具有较强的转录激活活性，酵母双杂实验发现，备选的个ERF转录因子与磷酸激酶存在互作，这丰富了果实蔗糖合成调控途径。4）同是发现AP2/ERF大家族里的一个AP2成员（MaAP2a）调控蔗糖合成的上游活动（淀粉降解）。EMSA和Chip-qPCR以及瞬时表达实验发现，MaAP2a能通过结合15个淀粉降解基因（MaGWD1、MaPWD1、MaSEX4、MaLSF1、MaBAM1-MaBAM3、MaAMY2B、MaAMY2C、MaAMY3A、MaAMY3C、MaMEX1、MaMEX2，MapGlcT2-1和MapGlcT2-2）的启动子元件（GCC-box或AT-rich），抑制这些基因的转录。