近日，伟德betvlctor体育官网刘明春教授团队在Cell子刊Developmental Cell发表题为“Bifunctional transcription factors SlERF.H5 and H7 activate cell wall and repress gibberellin biosynthesis genes in tomato via a conserved motif”的研究论文。四川大学作为第一署名单位，论文第一作者为2020级博士研究生裴艳刚，通讯作者为刘明春教授。
细胞壁为植物细胞提供结构框架，在植物的整个生长和发育过程中发挥着不可或缺的作用。番茄等肉质果实的硬度变化与细胞壁组分的合成与降解过程紧密相关。果实早期发育过程中需要维持硬度以保证正常发育，而成熟过程中果实发生软化以满足种子扩散和人类食用需求。尽管目前关于果实成熟过程中的软化调控已有较多研究，但对果实早期硬度的维持以及发育与成熟过程中硬度转化的转录调控机制还缺乏深入的研究。
该研究通过解析两个在果实早期发育过程中特异性表达的同亚家族乙烯响应因子SlERF.H5和SlERF.H7在细胞壁纤维素合成、胶质液化、果实硬度调控中的功能和作用机制，揭示了ERF家族基因通过其保守基序LPL协同激活纤维素合成进而精细调控果实发育和成熟过程中果实硬度转化的分子机制。此外，这两个ERF具有依赖其LPL保守基序抑制赤霉素合成的功能，因此，在进化过程中这两个ERF在营养生长阶段的表达被沉默从而解除了对赤霉素合成的抑制保证了植株的正常生长。研究结果不仅解析了双功能转录因子通过同时发挥激活和抑制功能平衡不同发育过程的分子机制，也丰富了果实硬度调控的理论，为基于果实硬度调控的采后贮运保鲜技术的研发提供了新思路。
ERF.H5/H7平衡番茄生长和果实硬度变化的机制图
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.03.006
同日，伟德betvlctor体育官网刘明春课题组在Nature 子刊Nature Communications上发表题为“A distal enhancer guides the negative selection of toxic glycoalkaloids during tomato domestication”的研究论文。四川大学作为第一署名单位，论文第一作者为2020级博士研究生白峰和已毕业硕士舒朋，通讯作者为刘明春教授和我校高端外籍教师Mondher Bouzayen教授。
番茄等肉质果实富含多种维生素、矿物质、膳食纤维和天然抗氧化物，在维持人体健康方面有着重要的作用。甾体糖苷生物碱（Steroidal glycoalkaloids，SGAs）是茄科植物特有的一类次生代谢产物，也是重要的防御和反营养物质。番茄果实早期发育过程中积累α-番茄碱以抵抗病原体侵染和食草动物啃食，但因其具有一定的毒性和苦味，在果实成熟过程中需要代谢为无毒无苦味的七叶皂苷。番茄在长期驯化过程中SGAs的含量受到负向选择以利于果实被取食达到种子传播的目的。目前对于甾体糖苷生物碱的代谢通路已经进行了较多的研究，但对于其代谢调控及驯化过程中负向选择机制还有待深入研究。
该研究通过对果实表皮皱缩T-DNA插入突变体中鉴定的远端增强子GE1的功能解析发现GE1可招募MYC2-SlERF.B9（GAME9）转录复合体介导染色质环进行空间互作调控番茄7号染色体上GAME簇的表达，进而调节番茄中茄碱的代谢。进一步发现GE1是番茄原始种（茄碱含量高）GE176的天然等位变异，在驯化过程中，GE176受到负向选择。GE176品种的SGAs含量显著高于GE1品种。深入解析后发现，GE176的增强子活性显著高于GE1，其促进GAME基因簇的表达的能力更强。在番茄驯化过程中，弱增强子GE1的自然选择促使有毒SGAs代谢产物的显著降低，使得现代番茄果实更为美味。
总之，该研究揭示了“转录因子-增强子-启动子”调控番茄果实甾体糖苷生物碱代谢的分子机制。增强子GE1通过染色质构象的动态变化实现对SGAs代谢时空特异性的精细化调控。该研究不仅为精准育种调节茄科植物SGAs含量提供新的思路，也为改良果实营养、风味品质以及与抗性之间的平衡提供了理论依据。
远端增强子GE1调控SGAs代谢的分子机制
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-47292-7
刘明春教授课题组长期聚焦园艺作物果实品质形成与维持的调控机制研究，近五年，以通讯联系人在Developmental Cell、Nature Communications、Plant Cell、Molecular Plant、New Phytologist、Journal of Integrative Plant Biology、Plant Physiology等国内外知名期刊上发表了一系列研究成果，系统解析了果实成熟、软化、色泽形成、风味和营养品质代谢以及采后抗性等分子基础。研究结果不仅为高品质、耐贮运果实新种质的创制奠定了理论基础，也为果实品质调控及采后贮运保鲜技术的研发提供新靶点。获得重庆市自然科学一等奖。
