近日，園藝學(xué)院陳學(xué)森教授團(tuán)隊(duì)在紫外線和溫度對(duì)果實(shí)著色影響研究上取得重要突破，首次揭示了MdBBX20基因能夠在紫外線和低溫條件下促進(jìn)蘋果花青苷的合成，為我國(guó)蘋果區(qū)劃和蘋果育種提供了更豐富的理論依據(jù)。近日，該成果發(fā)表在國(guó)際知名期刊《植物細(xì)胞與環(huán)境》上。

色澤是果實(shí)外觀的重要表現(xiàn)，漂亮的色澤會(huì)能提升產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)不同區(qū)域的紫外線和溫度不同，造成了生產(chǎn)中蘋果果實(shí)著色的明顯差別。近年來(lái)，我國(guó)蘋果產(chǎn)區(qū)區(qū)域分布也發(fā)生了顯著變化，環(huán)渤海地區(qū)蘋果栽培面積和產(chǎn)量都有所下降，而黃土高原優(yōu)勢(shì)區(qū)持續(xù)快速增長(zhǎng)，且向高海拔地區(qū)（如甘肅、陜西省）擴(kuò)張。陳學(xué)森課題組在前期調(diào)研過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，黃土高原優(yōu)勢(shì)區(qū)（甘肅靜寧縣）的紫外線強(qiáng)度是環(huán)渤海優(yōu)勢(shì)區(qū)（煙臺(tái)）的1.5倍左右，相應(yīng)的靜寧縣蘋果果實(shí)更易著色，果皮中花青苷的含量更多。

之前有學(xué)者的研究表明，BBX轉(zhuǎn)錄因子家族在擬南芥上有32個(gè)成員，其中第Ⅳ亞家族（BBX18-25）在植物光形態(tài)建成中的作用被廣泛研究。為了遵循唯一差量原則，陳學(xué)森課題組在果園中搭建了兩個(gè)簡(jiǎn)易溫室大棚，對(duì)剛摘袋的西部黃土高原蘋果品種王林愈傷進(jìn)行不同紫外線處理，通過(guò)對(duì)果肉內(nèi)BBX轉(zhuǎn)錄因子第Ⅳ亞家族成員表達(dá)量進(jìn)行差異篩選，得到表達(dá)差異顯著的基因MdBBX20。除了響應(yīng)紫外線參與植物的光形態(tài)建成以外，該課題組還在MdBBX20的啟動(dòng)子上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)低溫響應(yīng)元件長(zhǎng)末端重復(fù)序列（LTR）。

為進(jìn)一步驗(yàn)證MdBBX20在低溫信號(hào)通路中的作用，陳學(xué)森課題組通過(guò)分子生物學(xué)方法將MdBBX20在蘋果中進(jìn)行過(guò)表達(dá)處理，并在不同的紫外線和溫度條件下進(jìn)行培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)MdBBX20的蘋果在紫外線和低溫條件下積累的花青苷最多。同時(shí)該研究還發(fā)現(xiàn)MdBBX20基因能夠與已證實(shí)能夠參與蘋果花青苷合成的MdbHLH3、MdMYB1、MdDFR、MdANS基因相互作用，進(jìn)一步理清了MdBBX20基因在紫外線和低溫條件下對(duì)蘋果著色的作用機(jī)制。

之前研究表明，HY5在協(xié)同調(diào)控紫外線和溫度信號(hào)通路中發(fā)揮著重要的作用。陳學(xué)森課題組在研究中還發(fā)現(xiàn)，MdBBX20能夠與蘋果HY5發(fā)生互作形成蛋白復(fù)合體。在MdBBX20-MdHY5蛋白復(fù)合體中，MdBBX20能夠促進(jìn)MdHY5與MdMYB1啟動(dòng)子的結(jié)合。這說(shuō)明MdBBX20能夠通過(guò)與蘋果HY5的互作協(xié)同調(diào)控紫外線和低溫兩個(gè)信號(hào)通路。

該成果論文的通訊作者為陳學(xué)森教授和王楠博士，第一作者為園藝學(xué)院房鴻成博士。本研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。