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近日，Horticulture Research在線發表了南京農業大學蔬菜生理生態研究團隊（吳震，蔣芳玲），以及加州大學戴維斯分校 Ann L. T. Powell和Elizabeth Mitcham研究團隊合作完成的研究論文。
近日，Horticulture Research 在線發表了南京農業大學蔬菜生理生態研究團隊（吳震，蔣芳玲），以及加州大學戴維斯分校 Ann L. T. Powell和Elizabeth Mitcham研究團隊合作完成的題為「Disassembly of the fruit cell wall by the ripening-associated polygalacturonase and expansin influences tomato cracking」的研究論文。論文發現同時抑制PG和EXP基因表達可顯著降低番茄的裂果率，並分析了其調控機制，該研究豐富了裂果的分子機理。
裂果（cracking）是果實類園藝作物生產中亟待解決的重要問題，是指果實成熟或發育過程中果皮開裂的現象。果實產生裂痕後，會影響其外觀品質、縮短貨架期，甚至會感染黴菌，使果實商品價值降低甚至喪失，極大妨礙了果品的生產與銷售。培育耐裂果品種是解決裂果問題的重要途徑，而探明裂果的分子機制對耐裂果新品種選育有重要的指導意義。前人研究認為，裂果屬於多基因控制的數量性狀。該研究以番茄為材料，發現同時抑制多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase, PG)和擴張蛋白(expansin, EXP)基因表達的株系(pg/exp)，其裂果率顯著低於野生型(Alisa Craig，AC)。PG能降解果膠骨架，EXP是一種非酶類的細胞壁活性蛋白，二者均能使植物細胞壁鬆弛、果實變軟。與野生型相比，pg/exp果實中PG和EXP蛋白表達下調，果皮中水溶性果膠含量減少，原果膠量含量升高，細胞壁變厚、果實更硬、蠟質層變厚、果實硬度高，進而使裂果率降低，但果實中含有更多的可溶性固形物，品質更好。
該文章同時還研究了glk突變對裂果的影響。GLK基因可提高果實中葉綠素含量，增加果實中糖類物質含量，而糖類物質的積累使水分流向果實，導致果肉組織膨壓增大，果皮將承受更大的膨脹壓力，若果皮強度較低，則易裂果。前人研究也發現，增加糖類物質含量會導致番茄果實裂果率增加。但該研究發現，glk果實的裂果率與對照(AC)相比差異不顯著，但均顯著高於pg/exp的果實。可能與糖類物質含量升高引起的果實膨壓增加相比，細胞壁強度的增強在調控果實開裂過程中發揮更重要的作用。該研究為培育耐裂果且品質優良的番茄品種提供了理論依據和基因資源。研究中採用ABA噴施番茄植株，促使葉片氣孔關閉，使木質部液更多流入果實，增加果實膨壓，結合灌溉處理，誘使果實開裂。
Fig. 1 Mechanism of ABA treated pg/exp fruit showing less cracking
Fig. 2 Water, CDTA, and Na2CO3-solubilized pectins (WSP, CSP, SSP) as measured by the uronic acid equivalents in alcohol-insoluble residues (AIR) prepared from the exocarp and mesocarp portion of red ripe WT, glk2 and pg/exp tomato plants treated with water or ABA
Fig. 3 Indirect immunofluorescence detection of pectin esterification in red ripe WT (a, d, g, j), glk2 (b, e, h, k), and pg/exp (c, f, i, l) tomato fruit from plants treated with water (a–c, g–i) or ABA (d–f, j–l). Sections from fruits of each genotype and treatment were analyzed with two monoclonal antibodies, JIM5 (identifies HG pectins with low levels of methyl esterification) (a–f, m, n) and JIM7 (identifies HG pectins with high levels of methyl esterification) (g–l, o, p). Red arrows indicate exocarp and yellow dotted line represents mesocarp
該研究以蔣芳玲為第一作者，Alfonso Lopez，Shinjae Jeon, Sergio Tonetto de Freitas，餘慶輝, 吳震，John M. Labavitch，田生科參與了該項研究，Ann L. T. Powell和Elizabeth Mitcham為共同通訊作者。該研究還獲得了加州大學戴維斯分校Judy Jernstedt 和 Ken Shackel，以及威斯康辛麥迪遜分校Qiang Sun教授的支持。研究由國家自然科學基金（中國）、美國國家科學基金、中央高校基本科研業務費、US NSF support to ALTP提供經費支持。
參考文獻
1. Tomato lncRNA23468 functions as a competingendogenous RNA to modulate NBS-LRR genes by decoying miR482b in thetomato-Phytophthora infestans interaction
2. SlMYB75, an MYB-type transcription factor, promotes anthocyanin accumulation and enhances volatile aroma production in tomato fruits
3. Diversity and redundancy of the ripening regulatory networks revealed by the fruitENCODE and the new CRISPR/Cas9 CNR and NOR mutants
4. A NAC transcription factor, NOR-like1, is a new positive regulator of tomato fruit ripening
Horticulture Research 簡介
Horticulture Research是由南京農業大學與Nature出版集團（現Springer Nature）合作創辦的英文期刊，是Nature旗下首本園藝領域專刊，也是目前園藝領域唯一一本中國SCI期刊。所有關於園藝作物的基礎和理論研究都可以投稿。Horticulture Research科瑞唯安影響因子：2018年JCR影響因子3.368，位於園藝一區（第2/37名）；植物科學一區（第31/222名）。為園藝領域唯一一本中國SCI期刊。中科院期刊分區影響因子：2018年中科院期刊分區影響因子3.368，3年平均影響因子3.961。位於園藝領域一區（第2/35名）；植物科學二區（第21/222名），被評為農林科學大類TOP期刊。為園藝領域以及農林科學一區中唯一的中國SCI期刊。了解更多：點我了解。
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