香蕉热激转录因子MaHsfs调控果实青皮熟的机制分析

Banana is one of the most popular tropical fruit with great important economical value in China. However, when ripening at temperatures above 24 ℃ , banana fruit soften normally but remain green, yielding ‘green ripe’ bananas. These green ripe fruits are perceived to be of poor quality and consequently fetch at a lower price. Heat shock transcription factors (Hsfs) play a crucial role in plants response to high temperature stresses, but their molecular mechanisms in regulation of banana stay-green ripening are not clear. Our previous study found among 43 banana Hsfs, MaHsf19 and MaHsf23 were obviously induced by high temperature during banana green-ripening. In order to reveal the regulatory network of MaHsf19 and MaHsf23 involving in banana green-ripening, the upstream regulators, direct target genes and interaction proteins of MaHsf19/23 are screened and confirmed, moreover, the effect of interaction proteins influencing MaHsf19/23 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 stay-green ripe bananas, but also provide theoretical basis to improve the technology to reduce postharvest losses due to banana green-ripening.

香蕉是我国主要的热带水果之一，具有重要的经济价值。采收后当贮运温度高于24 ℃ 时会产生青皮熟，果实可以软化但果皮仍保持绿色，大大降低了香蕉的商品价值。热激转录因子Hsfs（Heat stress transcription factors）在植物高温胁迫响应中具有重要作用，但其在香蕉青皮熟中的作用及其调控机制，未见相关报道。本课题组前期分析了香蕉青皮熟发生过程中43个Hsfs基因的表达特征，发现MaHsf19和MaHsf23的表达明显上调。在此基础上，本项目进一步通过DNA-蛋白质和蛋白质互作等手段，筛选、鉴定MaHsfs19/23的下游靶基因、上游调控因子以及互作蛋白，并分析互作蛋白对MaHsf19/23调控下游靶基因的影响，系统阐明MaHsfs调控香蕉青皮熟的分子机制。研究结果将为完善香蕉青皮熟的发生机制提供新见解，并为研发减轻青皮熟的技术措施提供新的理论依据。

高温抑制采后香蕉果皮褪绿转黄，造成青皮熟，大大降低果实品质，但高温影响香蕉色泽品质形成的转录调控机制及其网络至今未有报道。热激转录因子调控植物高温胁迫应答，但其与香蕉青皮熟的关系，目前尚不清楚。课题组前期发现两个香蕉热激转录因子基因MaHsf19和MaHsf23的表达在高温导致青皮熟的过程中显著上调。本项目以此为切入点，通过筛选、鉴定MaHsfs19/23的下游靶基因、上游调控因子以及互作蛋白，研究了MaHsf19/23调控青皮熟的分子机制。通过筛选MaHsfs19的靶基因，我们鉴定到2个E3泛素连接酶基因MaLUL2和MaXB3。ChIP和双荧光素酶瞬时表达分析显示，MaHsfs19直接结合并激活MaLUL2和MaXB3的启动子活性。香蕉果实瞬时表达MaLUL2和MaXB3延缓了叶绿素降解，说明MaHsfs19通过激活MaLUL2和MaXB3来抑制高温下香蕉果皮的褪绿。另一方面，通过酵母单杂交、染色质免疫共沉淀分析和双荧光素酶瞬时表达分析，发现MaHsfs19作为MaHsfs23的上游调控因子，结合MaHsfs23的启动子并激活其表达。同时，MaHsfs23作为转录抑制子，可以直接结合叶绿素降解基因MaNYC1、MaSGR1、MaSGR2、MaPPH和MaPAO的启动子并抑制它们的表达。经酵母双杂交、双分子荧光互补和免疫共沉淀实验，发现MaHsfs23与另一个热激转录因子MaHsfs22互作。双荧光素酶瞬时表达分析表明，MaHsfs23和MaHsfs22协同抑制下游叶绿素降解基因的表达。由此可见，MaHsfs19-MaHsfs23/22调控模块通过下调叶绿素降解基因，来抑制高温下香蕉果皮的褪绿。综合本项目的结果，MaHsfs19、MaHsfs23/22、MaLUL2和MaXB3之间通过形成一个调控叶绿素降解的级联网络，来参与高温下香蕉青皮熟的形成。该结果系统阐明了MaHsfs19/23调控高温下香蕉果实青皮熟的分子机制，为探索减轻青皮熟的技术措施提供了新思路，为培育耐热质优香蕉新品种提供了基因储备。