近日，我校園藝學(xué)院朱世江教授團(tuán)隊(duì)在Horticulture Research （農(nóng)林科學(xué)一區(qū)Top期刊，IF5y = 9.0，IF2022 = 8.7）在線發(fā)表題為“AcbHLH144 transcription factor negatively regulates phenolic biosynthesis to modulate pineapple internal browning”的研究論文（論文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhad185）。該研究首次揭示了外源ABA控制菠蘿黑心病的分子機(jī)制。

菠蘿黑心病，又稱內(nèi)生褐變（internal browning），是目前我國菠蘿產(chǎn)業(yè)中最大的“卡脖子”問題之一，嚴(yán)重制約菠蘿品質(zhì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。多年來，朱世江團(tuán)隊(duì)一直致力于攻克這一難題，于2015年在國際著名期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry發(fā)表了首次用外源ABA有效控制菠蘿黑心病的研究成果（Zhang et al., 2015，Postharvest exogenous application of abscisic acid reduces internal browning in pineapple. Journal of Agricultural and Food Chemistry  63(22), 5313–5320），并據(jù)此研發(fā)了有效控制菠蘿黑心病的藥劑“菠黑克”，是我校為菠蘿產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)技術(shù)，但是ABA 控制菠蘿黑心病的分子機(jī)制尚不清楚。

本研究發(fā)現(xiàn)，在菠蘿貯藏期間，苯丙烷類生物合成途徑被激活，這可能是菠蘿黑心病發(fā)生的內(nèi)因。通過轉(zhuǎn)錄組分析，篩選出一個(gè)差異最顯著的轉(zhuǎn)錄因子AcbHLH144，其在黑心病的果實(shí)中表達(dá)量顯著低于健康果實(shí)。該基因在菠蘿中瞬時(shí)過表達(dá)顯著抑制菠蘿組織褐變、總酚含量和酚類合成基因表達(dá)，在擬南芥中異源超表達(dá)，顯著抑制擬南芥總酚含量和酚類合成基因表達(dá)，表明AcbHLH144是菠蘿果實(shí)貯藏期間酚類物質(zhì)合成的抑制子。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)AcbHLH144通過識(shí)別Ac4CL5啟動(dòng)子上的N-box位點(diǎn)，抑制其轉(zhuǎn)錄。在菠蘿中瞬時(shí)過表達(dá)Ac4CL5顯著促進(jìn)菠蘿組織褐變。 

進(jìn)一步通過轉(zhuǎn)錄組、代謝組和RT-qPCR分析發(fā)現(xiàn)，外源ABA顯著促進(jìn)AcbHLH144的表達(dá)，抑制Ac4CL5的表達(dá)。與過表達(dá)AcbHLH144的對(duì)照菠蘿（OE）相比較，用ABA處理OE顯著抑制菠蘿組織褐變、總酚含量和酚類合成基因的表達(dá)。對(duì)AcbHLH144的啟動(dòng)子分析發(fā)現(xiàn)其序列含有3個(gè)潛在的ABA響應(yīng)元件（ABRE），GUS瞬時(shí)表達(dá)實(shí)驗(yàn)證實(shí)ABA激活A(yù)cbHLH144的轉(zhuǎn)錄。該研究揭示，外源ABA 控制菠蘿黑心病的機(jī)理在于，通過激活A(yù)cbHLH144轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，抑制酚類物質(zhì)的生物合成。該研究為用分子育種的方法控制菠蘿黑心病提供了理論依據(jù)。

我校園藝學(xué)院2020級(jí)博士生李倩為論文的第一作者，朱世江教授為論文的通訊作者，王光副教授參加了本研究工作。以上研究得到廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2016A020210077)和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2020YFD1000600)資助。

文圖/園藝學(xué)院王光