苹果为什么长得好看
山东农大李媛媛科研团队揭秘苹果蜡质调控机制
发布时间:2024-03-01 09:37 来源:《山东教育报》综合版作者:王静 赵秀明 A+A-
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  苹果为什么长得好看?1月3日,山东农业大学园艺学院教授李媛媛科研团队取得科研突破,揭秘苹果蜡质调控机制。研究成果在 《自然—植物》(Nature Plants)在线发表。

  我国苹果面积和产量均占世界的一半左右,年总产值达2100亿元,是促进农民增收和推动乡村振兴的支柱产业。

  苹果的外观因品种而异,其中蜡质是重要影响因素之一。蜡质是覆盖于苹果枝干、叶片、果实等器官表面的强疏水层,是果树抵御生物和非生物胁迫的第一道屏障,也是决定果实光泽品质的重要成分。然而,由于果农对高产大果的片面追求,果园氮肥过量施用的现象越来越普遍。高氮投入的生产方式不仅导致环境污染,而且导致苹果品质下降、抗性降低。针对氮肥施用过量带来的品质下降问题,国内外研究主要集中在风味、糖度和硬度等方面,氮对表皮蜡质和光洁度的影响鲜有报道。因此,明确氮素对苹果蜡质的影响及其调控机制,对苹果的光泽品质提升和抗性增强至关重要。

  李媛媛科研团队以高氮抑制苹果表皮蜡质的积累为切入点,首次揭示氮素对苹果重要外在品质——表皮蜡质的调控机制。研究发现,在氮肥过度施用的苹果园中,果实以及叶片蜡质含量显著降低。通过对氮素响应蛋白MdBT2沉默表达的转基因材料进行分析发现,其蜡质累积显著增加,表明氮素抑制苹果表皮蜡质的生物合成。通过筛选,进一步明确过量施氮通过MdBT2-MdMYB106-Md鄄CER2L1的调控通路,负调控蜡质累积的分子机制。该研究不仅阐明过量施氮引起的表皮蜡质成分变化的相关机制,而且首次通过相关蛋白结构的解析和模拟结合,辅以相关蛋白功能加以验证,初步揭示CER2不同位点突变与功能的潜在联系。该机制首次提出蜡质相关合成蛋白CER2催化和结合位点不一致的假设,为相关研究奠定基础。

  在生产实践中,科研人员在烟台莱山、蓬莱,沂源中庄、西里,泰安等地走访取样,从生产上普遍存在的氮素施用过量引起品质和抗性降低的产业问题入手,提出氮素过量影响表层蜡质累积及其机制的科学问题。

  据论文第一作者姜翰介绍,研究结果不仅对氮素施用过量引起品质和抗性下降做出科学解释,解析的氮素对蜡质累积的调控途径,而且为增强果实抵御生物和非生物胁迫、改善色泽品质和延长货架期的资源筛选、技术研发等提供了理论依据。同时,这项研究是AlphaFold模拟蛋白模型在果树上的首次应用。该模式为不同物种蛋白功能研究提供新思路,也为大规模功能基团和小分子物质筛选提供新方法。

  据了解,该团队已应用该方法筛选得到一系列苹果抗性与品质相关功能基团,现正进行试点应用,以期助力苹果产业良好、可持续发展。

  山东农业大学青年教师姜翰、已毕业硕士研究生齐晨辉和在读博士研究生郜怀娜为该论文共同第一作者。李媛媛教授为通讯作者。山东农业大学在读博士生冯资权,已毕业硕士生吴娅婷、徐新翔、崔健莹,山东农业大学园艺学院教师王小非、吕艳辉、由春香、姜远茂,山东省农业技术推广中心高文胜研究员参与了该研究工作。该研究得到了山东省自然科学基金杰青项目、国家万人计划青年拔尖人才项目、国家自然科学基金、泰山学者青年专家项目和山东省自然科学基金青年项目的资助。

作者:王静 赵秀明

编辑:白天

审核:王骄

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