科技日報(bào)
2017年08月10日
“離本枝一日而色變，二日而香變，三日而味變,。”唐朝時(shí)楊貴妃想吃上一口新鮮的荔枝，需要官方驛站快馬加鞭,。而如今荔枝、香蕉、獼猴桃,，這些容易“爛”的水果經(jīng)過科學(xué)的保鮮方式,，從千里之外可以活色生香地出現(xiàn)在我們的餐桌上。
當(dāng)你在大快朵頤鮮美的水果時(shí),，有沒有想過為什么有的水果采摘之后,，很快會(huì)變質(zhì)呢？為什么有些水果采摘后越早吃味道越好,？而有些水果卻要放一放,，才好吃呢？水果衰老與品質(zhì)劣變的秘密到底是什么,？我們能否延長水果保鮮時(shí)間呢,？
這些生活的常識(shí)問題，看似有些“鉆牛角尖”,，但背后卻蘊(yùn)藏著巨大的科學(xué)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,。
據(jù)了解，我國是世界水果生產(chǎn)和銷售的第一大國,，水果產(chǎn)值達(dá)到5000億元/年,，占種植業(yè)的20%，在農(nóng)業(yè)中具有舉足輕重的作用,。但是,，我國每年有20%—40%新鮮水果因采后品質(zhì)劣變而失去商品價(jià)值，直接經(jīng)濟(jì)損失超過1000億元,。
果實(shí)品質(zhì)保持受制于自身成熟衰老的調(diào)控,，也與病原菌引起的腐爛密切相關(guān)。因此,，深入系統(tǒng)研究果實(shí)成熟衰老調(diào)控機(jī)理與病原菌致病機(jī)制,，不僅對豐富果實(shí)采后生物學(xué)知識(shí)具有重要意義，而且為研制防病保鮮新技術(shù),、減少果實(shí)采后損失和確保果實(shí)優(yōu)質(zhì)安全品質(zhì)奠定了理論基礎(chǔ)。
對此,，中國科學(xué)院植物研究所田世平研究組通過二十年的不懈研究,，終于破解了果實(shí)成熟的節(jié)點(diǎn)基因RIN的作用機(jī)制，闡明了RIN通過直接控制果實(shí)芳香物質(zhì)代謝及泛素/蛋白酶體途徑調(diào)控果實(shí)成熟,，為認(rèn)識(shí)RIN調(diào)控果實(shí)成熟與品質(zhì)的分子網(wǎng)絡(luò)提供了新證據(jù),。這對于揭示果實(shí)成熟調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，研制新型果實(shí)貯藏保鮮技術(shù)具有重要意義,。在2016年北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)評(píng)選中,，該項(xiàng)目榮獲二等獎(jiǎng)。
采摘下來的水果依然有呼吸
想了解水果為何會(huì)腐敗，首先得知道,，與人一樣,，水果也會(huì)“呼吸”。
其實(shí)水果被采摘下來后并沒有死,，它內(nèi)部的生理活動(dòng)并不會(huì)馬上停止,，它們還有呼吸，還“活著”,。研究發(fā)現(xiàn),，不同種類的果實(shí)，其呼吸具有不同的特點(diǎn),。根據(jù)呼吸模式的不同,，可以將果實(shí)分為“躍變型”和“非躍變型”兩類。
“躍變型的果實(shí),，從成熟到衰老的過程中,，有一個(gè)呼吸強(qiáng)度快速增加、內(nèi)源乙烯大量產(chǎn)生的階段,，稱為呼吸高峰,，經(jīng)過呼吸高峰后，果實(shí)就會(huì)很快衰老,。”中國科學(xué)院植物研究所研究員田世平告訴記者,，呼吸躍變是指某些肉質(zhì)果實(shí)從成熟到后熟的一種生理過程，之后果實(shí)將進(jìn)入衰老,。
蘋果,、香蕉、芒果,、獼猴桃,、西紅柿等，都屬于躍變型果實(shí),。躍變型果實(shí)有一個(gè)“后熟”的過程,。當(dāng)內(nèi)源乙烯大量產(chǎn)生時(shí)，由于乙烯是一個(gè)調(diào)控果實(shí)成熟啟動(dòng)的重要因子,，果實(shí)內(nèi)部就會(huì)發(fā)生一系列變化：淀粉轉(zhuǎn)變成糖,，有機(jī)酸分解，果實(shí)酸度下降,，果膠酶活性提高使果膠分化,、果肉變軟，這樣果實(shí)就變得很好吃了,。
“我們都知道,，從樹上采下的柿子要放一段時(shí)間再吃就沒有澀味了,，就是這個(gè)道理。”田世平說,。
與躍變型果實(shí)不同,，另一類果實(shí)在其發(fā)育過程中沒有呼吸高峰的出現(xiàn)，呼吸強(qiáng)度在其成熟過程中緩慢下降或基本保持不變,，此類果實(shí)稱為非躍變型果實(shí),，貯運(yùn)這類果實(shí)時(shí)，采收成熟度可適當(dāng)晚些,。“葡萄,、柑橘和草莓就是非呼吸躍變型果實(shí)。”田世平說,。
在呼吸躍變期間,，果實(shí)體內(nèi)的生理代謝發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，是果實(shí)由成熟向衰老轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)折點(diǎn),，所以,，躍變型果實(shí)貯運(yùn)時(shí)，一定要在呼吸躍變出現(xiàn)以前進(jìn)行采收,。
果實(shí)成熟調(diào)控機(jī)制研究對提高果實(shí)品質(zhì),、優(yōu)化貯藏保鮮技術(shù)具有很大的指導(dǎo)意義。近年來,，有關(guān)果實(shí)成熟的轉(zhuǎn)錄調(diào)控已有較多報(bào)道,，鑒定到多個(gè)重要的轉(zhuǎn)錄因子，對它們的作用機(jī)制也進(jìn)行了較多研究,。然而,，人們對果實(shí)成熟的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控卻知之甚少。
首次闡釋控制果實(shí)成熟的機(jī)制
“以前大家都認(rèn)為果實(shí)衰老與乙烯相關(guān),，但其中的調(diào)控機(jī)制并不完全清楚,，可謂知其然，不知其所以然,。”田世平告訴記者,。
近年來，隨著調(diào)控果實(shí)成熟的多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的鑒定,，成熟轉(zhuǎn)錄調(diào)控已成為國際研究熱點(diǎn),。其中RIN是MADS-box轉(zhuǎn)錄因子家族成員之一，位于乙烯信號(hào)的上游,。RIN突變后，果實(shí)不能正常成熟,，說明RIN是調(diào)控果實(shí)成熟的節(jié)點(diǎn)基因,。然而關(guān)于RIN調(diào)控的分子網(wǎng)絡(luò)和作用機(jī)制并不完全清楚。
課題組通過比較野生型和RIN突變體中差異表達(dá)的蛋白，鑒定到126個(gè)潛在的RIN作用靶標(biāo),。利用染色質(zhì)免疫共沉淀技術(shù)（ChIP）和凝膠阻滯（EMSA）實(shí)驗(yàn)揭示其中6個(gè)基因的啟動(dòng)子區(qū)與RIN發(fā)生特異性結(jié)合,，其中3個(gè)芳香物質(zhì)代謝（LOX）途徑的關(guān)鍵酶基因是被首次報(bào)道。
“這個(gè)研究結(jié)果首次闡明了RIN通過直接調(diào)控多個(gè)下游靶基因來控制果實(shí)芳香物質(zhì)的形成和控制果實(shí)成熟,。”田世平說,。
RIN既然作為果實(shí)成熟的節(jié)點(diǎn)基因，必然也能調(diào)控眾多靶基因和相關(guān)的代謝途徑,。課題組再接再厲,，在前期研究的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步通過細(xì)胞核定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)分析了受RIN調(diào)控的其他靶標(biāo)基因,，在差異表達(dá)的127個(gè)蛋白中,，證明了泛素/蛋白酶體途徑中2個(gè)重要的泛素結(jié)合酶基因是RIN的直接靶標(biāo)。
“這兩個(gè)基因沉默后,，果實(shí)不能著色,，成熟延遲。”田世平說,，在植物中,，泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解途徑已被證明參與多個(gè)重要的細(xì)胞過程，包括激素信號(hào)途徑,、生長發(fā)育和抗病反應(yīng)等,，而本研究首次報(bào)道泛素/蛋白酶體途徑中的重要成員E2s參與了果實(shí)成熟調(diào)控。
