VvSUC27介导葡萄外果皮蔗糖内运激活花青素合成的机制

Sugar accumulation in mesocarp and anthocyanin biosynthesis in exocarp were key physiological processes determined the nutrition and quality of grape berry. Pilot studies have discovered the correlation between sucrose content and VvSUC27 expression level in exocarp, and also that sucrose analogue BFO induced VvSUC27 expression while suppressed anthocyanin biosynthesis. These results indicated that the transport of sucrose from mesocarp to exocarp played critical role in anthocyanin biosynthesis activation. Using BFO as negative control of anthocyanin biosynthesis, studies will be conducted to analyze the gene and protein expression of VvSUC27, the key factors of downstream sucrose signaling pathways (ABA content, HXKs and DELLA gene expression), the anthocyanin content and associated function genes and transcription factors in different berry developmental stages; Also, split-ubiquitin system will be used to screen the interacting proteins of VvSUC27 which will be confirmed by BiFC tests; Immunogold labeling technique will be used to localize VvSUC27 protein at tissue, cellular and subcellular levels. This project will clarify the mechanism of VvSUC27 mediated exocarp sucrose influx and anthocyanin biosynthesis activation in grape, which would contribute to the improvement of the nutrition and quality of grape.

中果皮蔗糖积累和外果皮花青素合成是葡萄果实成熟过程中决定营养和品质的重要生理过程。申请者前期发现不同发育期外果皮蔗糖含量与VvSUC27表达呈显著相关性，并发现蔗糖类似物BFO诱导VvSUC27表达和抑制花青素合成，意味着蔗糖由中果皮向外果皮转运对启动花青素合成起关键作用。本项目拟以BFO建立花青素合成阴性对照，分析在不同发育阶段，内、外果皮VvSUC27基因和蛋白的表达，蔗糖信号下游ABA含量、己糖激酶和DELLA蛋白的基因表达，花青素含量及合成相关的功能基因和转录因子的表达；拟利用Split-ubiquitin system筛选VvSUC27的互作蛋白，并进行BiFC验证；拟通过免疫胶体金标记在葡萄内、外果皮对VvSUC27蛋白进行组织、细胞和亚细胞定位。本项目顺利完成将阐明VvSUC27介导葡萄外果皮蔗糖内运激活花青素合成的机制，为提高葡萄果实营养和改善品质提供理论依据与技术途径。

大量研究已经证明了蔗糖对花青素合成的调节作用，但是其机制尚不明确。本项目运用生理生化与分子生物学等技术阐明蔗糖转运蛋白介导葡萄外果皮蔗糖内运激活花青素合成的机制。根据（1）四种蔗糖转运蛋白对蔗糖和牛蒡低聚果糖（BFO）的响应模式，蔗糖含量变化和花青素积累的相关性关系；（2）用BFO先处理葡萄，然后用蔗糖处理，花青素合成表现为与单独BFO处理相似的延迟状态，而蔗糖先处理，BFO后处理，花青素合成表现为与单独蔗糖处理相似促进状态；（3）BFO是蔗糖单元增加11个果糖分子形成的蔗糖类似物结构等三项实验结果证明BFO作为蔗糖诱导花青素合成竞争性抑制剂的推测。以BFO作为抑制蔗糖项外果皮转运的竞争性抑制剂工具，研究了在蔗糖和BFO处理条件下外果皮蔗糖动态变化、蔗糖代谢相关酶活力以及转运蛋白与蔗糖色泽合成关键基因的协同表达和合成，证明了SUC12和SUC27两种蔗糖转运蛋白在蔗糖从中果皮到外果皮中的运输中起着关键作用。蔗糖信号进入外果皮并积累后，其一方面作为信号分子调节抗性（SA依赖的信号通路）和成熟间（花青素的生物合成）的平衡，一方面作为提供各种生物合成的底物，很难对其进行信号传导的研究，本研究借用了蔗糖竞争性抑制剂BFO作为工具，研究了在外果皮蔗糖显著降低后的色泽发育机制，以期对蔗糖调节的葡萄色泽发育机制进行阐述。BFO抑制葡萄转色的机制主要包括：（1）MYB14介导的STS上调改变了苯丙烷类代谢产物流量有花青素方向流向反式白藜芦醇；（2）MYBA1和MYBA2介导的DFR和UFGT下调直接限制了花青素的生物合成；（3）MYB4介导的CHS下调和CCR和CAD上调改变了苯丙烷类代谢产物流量有花青素方向流向木质素。本研究初步阐明了SUC27和SUC12介导葡萄外果皮蔗糖内运激活花青素合成的机制；阐明了蔗糖转运后通过调节外果皮内苯丙烷途径的代谢产物的流向抑制花青素的合成同时促进抗性相关的酚类物质合成；建立了一套寡糖间接通过蔗糖信号调节葡萄果实抗性和色泽关系的理论体系。