油菜素内酯（Brassinosteroids）调控葡萄果实品质形成的分子机制研究

Brassinosteroids (BRs) are a kind of steroid hormones which can regulate the growth and development of plants. They also play important roles in plant fruit development. However, there are rarely detailed reports about the regulation of brassinosteroid on the development of grape berry. In this project, we will study the distribution of endogenous BR in fruit, and the effects on the physiological, gene and protein level of BR and its inhibitors on the grape berry at different developmental stages; Prokaryotic expression and isothermal titration calorimetry were used to verify the BR signal receptor in grape; the interaction protein of SR160 was identified by yeast two-hybrid and bimolecular fluorescence complementation methods; and the key genes’ functions of BR biosynthesis and signal transduction pathways were verified by tomato transgenic technology. The study will help to understand the molecular mechanism of BR regulating the development of grape berry and provide a theoretical basis for better regulation of grape fruit quality.

油菜素内酯（Brassinosteroids，BRs）是一类甾体植物激素，参与植物生长发育的调控，对于植物果实发育具有重要作用，但是目前尚未有关于BRs调控葡萄果实发育机理的报道。为此，本项目拟以‘巨峰’葡萄果实为研究对象，在生理及分子水平上分析果实内源BR的分布特点、BR及其抑制剂对葡萄果实不同发育阶段生理及分子水平的影响；通过等温滴定量热法验证葡萄中的BR受体SR160；利用酵母双杂交和双分子荧光互补方法鉴定SR160的互作蛋白；利用番茄转基因技术体系分析BR生物合成路径及信号转导通路关键基因在葡萄果实发育中的功能。本研究的开展有助于认识BR调控葡萄果实发育的分子机理，为更好地揭示葡萄果实发育和品质形成提供理论依据。

虽然生长素、脱落酸和乙烯在葡萄浆果成熟过程中的作用非常清楚，但很少有研究油菜素类（BRs）参与葡萄浆果发育的调节机制。我们的研究表明，BR处理增强了果实糖成分的积累，降低了有机酸（如酒石酸）的含量，促进了着色。此外，BR还加速萜类香气成分的生物合成，如α-蒎烯、D-柠檬烯和γ-萜品烯。BRs可以负调节参与甲羟戊酸（MVA）途径的关键基因VvHMGR的表达，并降低HMGR活性。抑制HMGR的表达促进了花青素积累和果实着色，诱导了IAA、ABA和BR的增加，减少了GA3和ZR的含量。为了确定BR在高温胁迫下对葡萄品质的影响，分析了各种代谢产物。BR处理后，氨基酸和茯苓新酸B，碳水化合物和氨基酸含量上调。BR处理还诱导了较高的内源ABA和表油菜素内酯含量。此外，BR处理后的葡萄具有较高的可溶性固形物浓度和可溶性糖含量，并延缓了中间薄片和微纤维的降解。抗氧化剂和热休克相关基因在BR处理后显著增加。BR通过增加渗透调节物质的积累和内源激素含量，对减轻高温损害非常有用。进一步通过RNA测序、二维基因电泳和代谢分析，我们发现BR上调了控制葡萄花色苷生物合成和果实软化的基因。BR生物合成基因VvBR6OX1的过度表达加速了植物开花和果实成熟，而VvBR6BOX1的沉默减缓了果实发育。SR160被鉴定为与SERK1物理相互作用以触发BR信号的BR受体。SERK与DELLA物理相互作用以抑制GA信号传导。与GA诱导的RGL1降解相反，BR处理提高了RGL1的水平，并模拟了稳定RGL1的分子效应。RGL1的磷酸化对于维持其活性和稳定性是重要的，候选磷酸化位点RGL1S421的突变导致GA信号的改变。BR和SERK可以磷酸化RGL1，从而延缓GA对RGL1蛋白的降解。RGL1通过RGL1-MYB12-CHS信号传导促进花青素积累，从而诱导果实着色。总之，SERK和RGL1相互作用以调节葡萄发育过程中BR和GA信号通路之间的串扰。