Horticulture Research|华南农业大学揭示CpEBF1与CpMADSs的相互作用与木瓜果实成熟过程中的细胞壁降解的关系

华南农业大学的研究人员于Horticulture Research上发表了一篇题为“The interaction of CpEBF1 with CpMADSs is involved in cell wall degradation during papaya fruit ripening”的研究文献，该文献研究表明CpEBF1与CpMADSs的相互作用与木瓜果实成熟过程中的细胞壁降解有关。

背景

木瓜是极具营养价值的水果，但在木瓜果实成熟期间，乙烯的释放导致果实快速软化和品质下降，进而导致储存时间变短，限制了其处理和运输。而1-MCP是一种乙烯拮抗剂，研究发现长期使用1-MCP会使果实异常成熟，表现出正常变黄不软化，具有更高纤维素、木质素含量和完整细胞壁的（CW）。此外，我们发现长期使用1-MCP可显著抑制CpEBF1的表达。CpEBF1与CpMADS1/3的相互作用进一步激活了CW降解基因启动子的活性。

结果

贮藏和成熟期间果实的生理特性

在这项研究中，对果实以相同的浓度和不同的持续时间进行1-MCP处理。结果显示，1-MCP处理延迟了果实的成熟，包括水果的变色和软化。经过1-MCP长时间处理的果实在整个贮藏期间都保持坚硬，即使在成熟结束时也是如此。1-MCP处理显著降低了峰值呼吸速率和延长存储期间的乙烯产量。

图1：1-MCP处理对木瓜果实硬度，着色指数，呼吸速率和乙烯产量的影响

果实超微结构、纤维素和木质素变化观察

通过TEM和石蜡切片评估了1-MCP处理对果实组织的微观影响，结果显示，经1-MCP处理的果实的CW结构长时间保持完整，木质素含量显著积累。1-MCP通过抑制木质素中间层微丝的降解促进木质素的积累，防止果实软化。

图2：通过TEM和石蜡切片对水果细胞壁进行结构评估

乙烯信号转导及CpMAD1/3基因的表达分析

分离了9个乙烯信号转导基因和CpMAD1/3，并在1-MCP处理后通过RT-qPCR评估了它们的表达谱。表达分析表明，CpMADS1和CpMADS3在乙烯处理后增加。短期1-MCP处理延迟了CpMADS1/3达到峰值表达水平的时间，但不会影响实际峰值。而长期1-MCP处理严重抑制了CpMADS1和CpMADS3的表达。

图3：乙烯信号转导和CpMAD1/3基因的表达分析

CpEBF1与CpMADS1/3和CpEIL1蛋白相互作用

使用CpEBF1作为诱饵蛋白来筛选cDNA文库中的相互作用蛋白。结果证实了CpEBF1，CpMADS1/3和CpEIL1的相互作用。CpEBF1和CpMADS1/3或CpEIL1共转化后，在细胞核中观察到了YFP荧光信号。

为了鉴定与CpEBF1相互作用的CpMADS1/3部分，将Y2H酵母菌株与DBD-CpEBF1和AD-(M)，AD-(M + I)，AD-(M + I + K)以及AD-(K + C)共转化，。结果表明，CpEBF1与MADS蛋白的K结构域相互作用。亚细胞定位分析表明，CpEBF1，CpMADS1，CpMADS3和CpEIL1都位于细胞核中。

图4：Y2H，BiFC和GST分析表明CpEBF1与CpMADS1/3和CpEIL1蛋白相互作用

图5：CpEBF1，CpMADS1/3和CpEIL1的亚细胞定位

CpEBF1，CpMADS1/3和CpEIL1及其相互作用激活与果实软化相关的基因的表达

为了确定CpEBF1，CpMADS1/3和EIL1的相互作用是否影响果实软化相关基因的启动子活性，用双荧光素酶实验进行了分析。结果表明，当CpEBF1和CpMADS1，CpMADS3和CpEIL1在同一片叶子中共表达时，所有CW降解相关基因的启动子活性均被上调。CpEBF1与CpMADS3和CpEIL1的相互作用增强了水果CW降解相关基因的启动子活性。

图6：瞬时表达测定

木瓜中CW降解酶的变化及CW降解基因的表达模式

PME，PG，PL和CX在乙烯生成方面具有相似的活性。短期1-MCP施用会显著抑制其活行并延迟达到峰值的时间，但长期1-MCP处理严重抑制了所有酶的活性。确定了编码CW降解酶的不同基因，包括CpPME1，CpPG1，CpEXP1， CpPL1，和CpXYL等。乙烯处理诱导了大多数基因的表达，1-MCP处理可显著抑制其转录水平，并延迟达到峰值表达水平的时间。长期处理更完全抑制了它们的表达，使其在整个存储期间都保持在非常低的水平。

图7：1-MCP处理后木瓜中细胞壁降解酶的变化和细胞壁降解基因的表达模式

结论

我们提出了一个机制来描述CpEBF1，CpMADS1/3及其在调节木瓜果实成熟中的相互作用。根据研究结果我们建议抑制CpEBF1和CpMADS1/3的表达以抑制CW降解相关基因因其相互作用被激活。这项工作将在生理和分子水平上更好地了解木瓜果实的成熟，有助于延长其储存时间和保持品质。

该研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。

文献链接

https://doi.org/10.1038/s41438-018-0095-1

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参考文献

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