近日，365英国上市网站官网/果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室邓秀新院士团队在Plant Physiology在线发表了题为“Transcription factor CsMADS3 coordinately regulates chlorophyll and carotenoid pools in Citrushesperidium”的研究论文。该研究鉴定到一个新的MADS-box转录因子CsMADS3，通过协同调控柑橘果实成熟过程中叶绿素降解和类胡萝卜素生物合成，影响果实色泽品质形成，该研究结果为未来通过基因工程手段定向改良柑橘果实色泽品质提供了重要的基因资源。
柑橘是全球最重要的经济水果作物之一，其果实具有独特的形态特征，被称作“柑果”。柑橘果实的成熟伴随着叶绿素的降解和类胡萝卜素的生物合成，两类次生代谢物的积累水平与果实的外观色泽和营养价值密切相关，解析其代谢调控机制对于柑橘果实外观品质提升技术研发及品种改良具有重要意义。然而，现有的转录调控研究多针对类胡萝卜素或者叶绿素单一代谢通路，对共同决定色泽品质的两类代谢产物的协同调控机制仍知之甚少。
课题组前期挖掘到两个直接调控柑橘类胡萝卜素代谢的MADS转录因子MADS6（Plant Physiology, 2018, 176(4): 2657-2676）和MADS5（Journal of Experimental Botany, 2021, 72 (8): 3028-3043）。该研究在此基础上，鉴定到一个新的MADS-box转录因子CsMADS3，通过协同调控叶绿素降解和类胡萝卜素合成参与柑橘果实着色。CsMADS3在柑橘果实发育和转色过程中被显著诱导表达，果实破色期前后达表达高峰。在柑橘愈伤组织、柑橘果实和番茄中超量表达CsMADS3均显著增加了类胡萝卜素含量，并且诱导类胡萝卜素合成通路相关基因的表达，同时加速了叶绿素的降解并激活叶绿素降解基因的表达。相反，在柑橘愈伤组织和果实中干涉CsMADS3的表达会抑制类胡萝卜素的生物合成和叶绿素的降解，并下调相关代谢通路基因的表达。进一步实验证明，CsMADS3能够直接结合类胡萝卜素生物合成途径中的两个关键基因--八氢番茄红素合成酶1（CsPSY1）和番茄红素β-环化酶（CsLCYb2）以及叶绿素降解关键基因STAY-GREEN（CsSGR）的启动子并激活这些基因表达。此外，CsMADS3还可能通过影响植物激素ABA和GA的积累水平，进而间接调控柑橘果实叶绿素和类胡萝卜素代谢。这些发现揭示了柑果类果实叶绿素和类胡萝卜素代谢库的协同转录调控机制，有助于未来柑橘果实色泽的遗传改良。
图1 CsMADS3调控柑橘果实叶绿素降解和类胡萝卜素合成的模式图
365英国上市网站官网邓秀新院士和叶俊丽副研究员为该论文的共同通讯作者，博士后朱凯杰和博士生陈红艳为该论文的共同第一作者。美国纽约市立大学Eleanore T. Wurtzel教授，国家现代农业柑桔产业技术体系宜昌综合试验站谢合平研究员等也参与了此项研究。该研究在国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助下完成。
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