近日，我校亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李建國(guó)團(tuán)隊(duì)在園藝學(xué)TOP期刊Molecular Horticulture（IF2023:10.6）在線發(fā)表了題為“LcMPK3 and LcMPK6 positively regulate fruitlet abscission in litchi”的研究論文,。該研究通過篩選并借助基因沉默體系證實(shí)了MAPK激酶級(jí)聯(lián)途徑中的LcMPK3和LcMPK6具有促進(jìn)荔枝落果的功能,；通過酵母雙雜交篩庫(kù),，獲得了荔枝落果中LcMPK3/6的底物蛋白；通過BiFC, LCI和GST-pull down確證了LcMPK3/6與BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中核心轉(zhuǎn)錄因子LcBZR1/2發(fā)生蛋白互作,；通過phos-tag和LC-MS/MS確定了LcBZR1/2的磷酸化位點(diǎn),。研究結(jié)果為闡明MPK3/6調(diào)控植物器官脫落的機(jī)制提供了重要借鑒。
生理落果是果樹生長(zhǎng)過程中常見的現(xiàn)象,，這一現(xiàn)象往往對(duì)果樹的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值造成重大損失,。荔枝是中國(guó)最具特色的熱帶和亞熱帶果樹，在荔枝果實(shí)發(fā)育過程中,，多次生理落果高峰（通常3至5次）導(dǎo)致的嚴(yán)重落果是造成荔枝產(chǎn)量低且不穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一,。深入理解荔枝果實(shí)脫落的調(diào)控機(jī)制，不僅有助于培育出具有較低落果率的荔枝新品種,，同時(shí)可為開發(fā)荔枝的防落技術(shù)提供科學(xué)依據(jù),。
植物器官脫落是一個(gè)受到精細(xì)調(diào)控的生物學(xué)過程。現(xiàn)有研究表明,，擬南芥 MAPK激酶級(jí)聯(lián)模塊參與了眾多生長(zhǎng)發(fā)育過程,，包括花器官的脫落激活。但是,，此信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在其他植物器官脫落中功能是否保守及其調(diào)控機(jī)制至今并未見報(bào)道,。
本研究首先對(duì)荔枝基因組中MAPK激酶級(jí)聯(lián)途徑中的成員進(jìn)行了鑒定，并通過其在荔枝落果中的轉(zhuǎn)錄特征,，初步確定了LcMPK3和LcMPK6與荔枝落果相關(guān),，并通過病毒介導(dǎo)的基因沉默技術(shù)體系（VIGS）對(duì)LcMPK3/6調(diào)控荔枝落果的功能進(jìn)行了分析，確證了LcMPK3和LcMPK6共調(diào)控荔枝落果,，是促進(jìn)荔枝落果的關(guān)鍵因子,。
為了探究LcMPK3/6調(diào)控荔枝落果的機(jī)制，本研究構(gòu)建了荔枝果柄離區(qū)特異性的酵母雜交文庫(kù),，通過嚴(yán)格的酵母雙雜交篩選,，共獲得了49個(gè)蛋白可能與LcMPK3/6發(fā)生蛋白互作，這些蛋白包含5個(gè)家族的轉(zhuǎn)錄因子（BZR1,、NAC72、KNAT3,、ZFP,、ERF）和2個(gè)水通道蛋白（PIP2;5,、TIP1;1）。前期的研究表明,，LcBZR1/2是介導(dǎo)BR調(diào)控荔枝落果的重要因子（Ma et al., 2021）,。因此，本研究通過Y2H,、BiFC,、LCI及GST-pull down確證了LcMPK3/6與LcBZR1/2發(fā)生蛋白互作。
通過phos-tag揭示了LcMPK3/6可磷酸化LcBZR1/2,，通過LC-MS/MS質(zhì)譜分析,，確定了LcBZR1存在2個(gè)磷酸化位點(diǎn)（S168、S203）,，LcBZR2存在6個(gè)磷酸化位點(diǎn)（S121,、S143、S164,、S196,、S237、S242）,。
本研究揭示了LcMPK3/6具有正調(diào)控荔枝落果的功能,，并通過酵母雙雜交篩庫(kù)獲得了荔枝落果中LcMPK3/6的底物蛋白，并通過體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)確證了LcMPK3/6可通過蛋白互作磷酸化修飾轉(zhuǎn)錄因子LcBZR1/2,。既有的研究表明,，轉(zhuǎn)錄因子LcBZR1/2可通過轉(zhuǎn)錄調(diào)控乙烯合成介導(dǎo)BR對(duì)荔枝落果的調(diào)控（Ma et al., 2021）。在番茄中,，TIP水通道蛋白可通過介導(dǎo)離區(qū)細(xì)胞乙烯合成,、ROS穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞膨壓調(diào)控花脫落（Wang et al., 2021）。據(jù)此,，研究推測(cè)在荔枝落果中,，LcMPK3/6可能通過調(diào)控這些信號(hào)途徑，進(jìn)而促進(jìn)荔枝落果,?？傊狙芯坎坏珵檫M(jìn)一步闡明LcMPK3/6調(diào)控荔枝落果機(jī)制研究指明了方向,，也為解析MPK3/6調(diào)控器官脫落提供了重要參考,。
LcMPK3/6調(diào)控荔枝落果的假設(shè)機(jī)制模型
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院畢業(yè)博士研究生王飛和畢業(yè)碩士研究生梁志儉為論文的第一作者，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院李建國(guó)研究員,、趙明磊副研究員為共同通訊作者,。該研究得到了廣東省粵莞聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目（2021B1515120082）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32330092和32072544）的資助。
李建國(guó)團(tuán)隊(duì)一直致力于荔枝果實(shí)發(fā)育調(diào)控機(jī)制的研究，近年來在Journal of Integrative Plant Biology,、Molecular Horticulture,、The Plant Journal、Journal of Experimental Botany,、International Journal of Biological Macromolecules,、Horticulture Research等權(quán)威期刊發(fā)表相關(guān)論文，在荔枝果實(shí)發(fā)育調(diào)控的研究中取得許多重要進(jìn)展,。
論文相關(guān)信息：https://doi.org/10.1186/s43897-024-00109-z
文圖/園藝學(xué)院
