研究揭示CsMYB77负调控柑橘果实大小和熟期的分子机制

近日，华中农大果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室伊华林、吴巨勋老师课题组研究成果以“Transcription factor CsMYB77 negatively regulates fruit ripening and fruit size in citrus”为题在Plant Physiology发表。研究揭示了转录因子CsMYB77通过调控SINAT4和PIN5分别参与脱落酸（ABA）和生长素信号通路的调控，从而实现负调控柑橘果实成熟和果实大小的分子机制。

我国柑橘以鲜食为主，未来我国柑橘品种改良将朝着优质、多样化方向发展，熟期多样化表现在早、中、晚熟品种合理搭配，全年鲜果均衡供应。目前我国柑橘的成熟期依然较集中，优质特早熟和晚熟品种较少是主要原因；果实大小是影响柑橘产量和品质的重要指标之一，该性状对柑橘经济效益起着重要作用，但是目前对于柑橘果实大小和熟期调控机制的认识依然比较浅薄，调控手段也比较有限。因此，挖掘柑橘果实大小和熟期调控关键基因资源，解析柑橘果实大小和熟期分子调控机制，对加速优质柑橘分子育种具有重要的意义。

研究人员始终专注于柑橘果实重要性状形成的调控机制研究，其中柑橘果实熟期性状形成是重点研究方向。在前期研究中，课题组基于晚熟脐橙芽变材料，通过转录组学鉴定出了一个差异表达的转录因子CsMYB77 (Wu et al., 2016)。在番茄中异源超量表达CsMYB77可显著延迟番茄果实成熟3-5天，与野生型番茄相比，超表株系果实ABA含量显著降低。之后，在山金柑中超量表达CsMYB77，也得到了相同的结果，与野生型山金柑果实相比，CsMYB77超表达株系果实成熟期显著延迟20-40天，而且ABA含量显著降低；与异源表达番茄表型不一致的是，发现本源超表CsMYB77还可显著减小山金柑果实大小。

图1 CsMYB77调控柑橘果实成熟和果实大小的分子机制

为了解析其中的分子机制，通过DAP-Seq测序和体内外互作实验（LUC，Y1H和EMSA），该研究鉴定到两个受CsMYB77调控的下游靶基因SINAT4与PIN5。进一步，研究通过瞬时遗传转化山金柑和番茄初步揭示了两个靶基因的功能，在番茄与山金柑里瞬时超表CsSINAT4可显著促进果实成熟；瞬时超表CsPIN5则可显著降低山金柑果实大小。经研究发现，CsMYB77可负调控E3泛素连接酶基因SINAT4的表达，继而SINAT4通过调控FREE1和VPS23A蛋白来间接调控ABA受体蛋白PYR1/PYL4的丰度，进而参与ABA合成及信号转导通路的调控，从而参与调控果实成熟；而PIN5则是被CsMYB77激活上调表达，从而介导降低细胞内free-IAA的含量，通过调控生长素体内平衡及信号转导来调控柑橘果实大小。

研究揭示了MYB77-SINAT4/PIN5-ABA/auxin调控模型参与调控柑橘果实成熟与果实大小的分子机制，为柑橘优质、多熟期分子育种提供了理论依据及优良基因资源。

华中农业大学园艺林学学院博士研究生张力为论文第一作者，果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室、我校园艺林学学院伊华林教授和吴巨勋副教授为论文共同通讯作者，已毕业研究生郑赛赛、徐阳和李艳婷以及在读硕士研究生赵珍梅和陈美玲参与了研究，杨海健副研究员也参与指导了相关工作。本研究得到了国家自然科学基金项目(32172524)、国家现代柑橘产业技术体系(CARS-26)等项目的资助。