茉莉酸、乙烯及ERF调控苹果果实采后成熟衰老的信号转导机制

Ethylene plays a key role in regulation of ripening and senescence of climacteric fruit, physiological role of ethylene is ultimately accomplished by ethylene receptors and its signal transduction processes. Ethylene response transcription factors (ERFs) are downstream components of ethylene signal transduction pathway, ERF integrates signals from ethylene and jasmonate pathways in plant defense, whereas their relationships in ripening and senescence process of fruit are still unclear. Previous study indicated that JA biosynthesis may be involved in preharvest apple fruit maturation, along with the biosynthesis and signaling of ethylene; however their relationships in ripening and senescence process of postharvest fruit are unclear. In this project, postharvest apple fruit treated with 1-MCP, MeJA and ethephon will be used as material, fruit quality and physiological changes during storage at room temperature (20-24℃) will be measured, expression profiles of genes, including LOX, AOS, ACS, ethylene receptor genes (ERS and ETR) and ERF, will be characterized using quantitative reverse transcription polymerase chain reactions (QPCR), signal transduction mechanisms of JA, ethylene and ERF in regulation of ripening and senescence of postharvest apple fruit will be discussed at both physiological and molecular levels. The results will provide reference for interaction mechanism between JA and ethylene signaling pathways of apple fruit and also the new basis for fruit preservation method.

乙烯是调控呼吸跃变型果实成熟衰老的关键因素，其生理作用最终是通过乙烯受体及其信号转导完成的。乙烯应答转录因子（ERF）位于乙烯信号途径最下游，在植物抗逆过程中，ERF是茉莉酸（JA）信号途径和乙烯信号途径的连接点，然而它们在果实成熟衰老过程中的关系尚不明确。前期研究发现，JA可能参与商业采收前苹果果实的成熟，并且极有可能与乙烯合成及其信号转导有关，但是它们在果实采后成熟衰老过程中的关系尚不清楚。本项目用MeJA、1-MCP及乙烯利处理采后苹果，测定其在常温（20-24℃）贮藏过程中相关品质及生理变化，通过QPCR检测JA合成关键酶基因（LOX和AOS）、乙烯合成酶基因ACS、乙烯受体基因（ERS和ETR）以及ERF的表达情况，从生理和分子水平综合探讨JA、乙烯及ERF协同调控苹果果实采后成熟衰老的信号转导机制，为苹果果实JA信号途径和乙烯信号途径的互作机理提供参考，为保鲜手段提供新的依据。

JA、乙烯及ERF调控苹果果实采后成熟衰老的信号转导机制尚不明确。本项目以苹果果实为研究对象，采后用MeJA、1-MCP及乙烯利处理，测定其在常温贮藏过程中相关品质及生理变化，通过QPCR检测JA与乙烯生物合成及信号转导途径关键基因的表达情况，发现乙烯利处理在成熟早熟期降低了果实内源JA含量和AOS活性，而1-MCP处理则在成熟后期增加了果实内源JA含量和AOS活性。在果实成熟期间，MdAOS2、MdAOS3、MdAOS5、MdLOX22及MdLOX28的表达趋势均与AOS活性的变化趋势一致。MdLOX21和MdLOX23的表达趋势与乙烯产量的变化趋势一致且受乙烯正调控，而MdLOX39表达则相反。MdLOX310和MdLOX61的表达不受乙烯调控。MdJAZ9、MdJAZ10及MdJAZ18的表达在果实成熟期间不同程度地受乙烯利处理上调及1-MCP处理下调。MdJAZ13和MdJAZ14的表达则在成熟早期同时被乙烯利处理和1-MCP处理下调。我们推测MdJAZ10可能是苹果果实成熟过程中与乙烯信号途径相互作用的候选基因。MeJA处理则增加了果实成熟期间的乙烯产量。MdACS1、MdACS6、MdETR1、MdCTR1-3、MdCTR1-4、MdCTR1-5、MdEIN2A、MdEIN2B、MdEIL4及MdERF1的表达在成熟早熟期受MeJA处理的正调控，而MdEIL3的表达则在成熟后期受其正调控。MdACS3A、MdACS8、MdACO1、MdACO2、MdETR2、MdERS1、MdERS2及MdEIL1的表达在整个贮藏期间受MeJA处理正调控，而MdCTR1-1、MdCTR1-2及MdEIL2的表达则在果实成熟期间不受MeJA处理调控。在乙烯高峰出现期间，MeJA处理负调控MdERF2和MdACS1的表达。上述研究结果表明采后苹果果实成熟过程中JA和乙烯能够相互调控对方生物合成及信号转导途径关键基因，项目结果为更深入研究苹果果实JA信号途径及乙烯信号途径的互作机理提供参考。