MaGAPDH基因在香蕉果实后熟过程中新功能的研究

Banana (Musa spp.) is one of the staple fruits of tropical and subtropical regions in China. Currently the fresh-keeping methods used for banana fruit have a drawback of reducing the fruit quality of color, flavor and taste. It is very necessary to find a new regulating method to improve the quality of banana fruit after fresh-keeping, on the basis of elucidating the mechanism of ripening in banana fruit. We identified a glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) in banana peel by proteomics upon early-ripening, which could be induced by ethylene in our preliminary work. The GAPDH is a key enzyme in glycolysis during ripening of banana fruit. However, the relationships between the GAPDH gene and ethylene biosynthesis and signaling pathway, and glucose signaling pathway are still not clear in plants. Based on the previous work, this proposal will study the relationships between the MaGAPDH gene and ethylene biosynthesis, the MaGAPDH gene and ethylene signaling pathway, the MaGAPDH gene and glucose signaling pathway in ripening of banana fruit by multi-disciplinary methods of plant physiology, biochemistry and molecular biology. Novel functions of the MaGAPDH gene will be elucidated during ripening in banana fruit by this research.The knowledge gained by our proposed research is expected to help us discover a novel strategies to dig new and innovative methods of fresh-keeping for banana fruit and to provide novel theories for genetic modifications to enhance the quality of banana fruit.

香蕉是我国热带、亚热带地区大宗水果之一，目前的保鲜方法存在降低香蕉果实色香味等品质的缺点，因此在阐明香蕉果实后熟机制的基础上，寻找新的保鲜调控点以提高保鲜后香蕉果实的品质非常必要。本项目组在前期工作中利用蛋白质组学的方法在后熟初期的香蕉果皮中发现了3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH），该蛋白的表达受乙烯诱导。GAPDH是香蕉果实后熟糖酵解过程中一个非常关键的酶，它与乙烯生物合成及信号途径、葡萄糖信号途径的相互关系仍不清楚。所以，本项目拟在前期工作的基础上，综合运用植物生理学、生物化学和分子生物学等多学科的研究方法，对香蕉GAPDH（MaGAPDH）基因在香蕉果实后熟过程中与乙烯生物合成及信号途径、葡萄糖信号途径的相互关系进行全面研究。通过这些研究，以期阐明MaGAPDH基因在香蕉果实后熟过程中的新功能，这将为香蕉果实保鲜新技术的挖掘提供新思路，也将为提高香蕉果实品质的遗传改良提供理论依据。

（项目背景）香蕉是我国热带、亚热带地区大宗水果之一，目前的保鲜方法存在降低香蕉果实色香味等品质的缺点，因此在阐明香蕉果实后熟机制的基础上，寻找新的保鲜调控点以提高保鲜后香蕉果实的品质非常必要。本项目组在前期工作中利用蛋白质组学的方法在后熟初期的香蕉果皮中发现了3-磷酸甘油醛脱氢酶（MaGAPDH），该蛋白的表达受乙烯诱导。MaGAPDH是香蕉果实后熟糖酵解过程中一个非常关键的酶，它与乙烯生物合成及信号途径、葡萄糖信号途径的相互关系仍不清楚。（主要研究内容）①采用分子克隆技术获得MaGAPDHs基因家族（18个成员）的序列，并采用生物信息学方法研究其序列特征；②研究乙烯利（乙烯释放剂）和1-MCP（乙烯抑制剂）对果皮和果肉中MaGAPDHs基因家族转录表达和MaGAPDH酶活的影响，同时研究碘乙酸（GAPDH抑制剂）对果皮和果肉中乙烯生物合成及信号途径相关基因转录表达的影响；③研究外源葡萄糖对果皮和果肉中MaGAPDHs基因家族转录表达和MaGAPDH酶活的影响，同时研究碘乙酸对果皮和果肉中内源淀粉、葡萄糖含量和葡萄糖信号途径相关基因转录表达的影响；④研究乙烯利和1-MCP对果皮和果肉中内源淀粉、葡萄糖含量和葡萄糖信号途径相关基因转录表达的影响，同时研究外源葡萄糖对果皮和果肉中乙烯生物合成及信号途径相关基因转录表达的影响。（重要结果）本项目研究发现：①MaGAPDHs蛋白家族18个成员可以分为MaGAPA/B、MaGAPCp、MaGAPC和MaNP-GAPDH四类，它们定位于不同的细胞器，并具有相应的保守结构域。MaGAPDHs基因家族在香蕉不同组织和果实成熟的不同阶段的表达模式都表现出多样性。②MaGAPDHs基因家族的转录表达及MaGAPDH酶活与乙烯信号途径之间存在相互促进的关系。③外源葡萄糖基本不影响MaGAPDHs基因家族的转录表达及MaGAPDH酶活，但MaGAPDH蛋白对葡萄糖信号途径却有促进作用。④香蕉果实后熟过程中葡萄糖与乙烯信号途径之间存在相互拮抗的关系。（科学意义）以上研究结果表明MaGAPDHs基因家族及MaGAPDH酶在香蕉果实后熟过程中与乙烯和葡萄糖信号途径发生了交互作用。这有助于理解MaGAPDHs基因家族在香蕉果实后熟过程中功能的多样性，将为进一步阐明香蕉果实后熟机制提供理论依据，也将为香蕉果实保鲜新技术的挖掘提供新思路。