近期发表 | 光与ALA“双向奔赴”：ALA通过MdPHYB2-MdPIF1光响应模块调控苹果花青苷合成的分子机制
2026-07-04 来自: 南京禾稼春生物科技有限公司 浏览次数:185
近日，南京农业大学园艺学院汪良驹教授团队研究论文MdPHYB2-MdPIF1 Module Regulates Transcription Factors to Mediate Light-dependent ALA-induced Apple Anthocyanin Biosynthesis 在植物学领域经典期刊 Plant, Cell & Environment（中科院一区TOP期刊，5年影响因子8.1）正式发表。
研究背景
5-氨基乙酰丙酸（ALA）是汪良驹教授早发现的能够促进苹果花青苷合成且改善内在果实品质的植物生长调节物质，但其调控机理尚未完全阐明。以往研究表明，ALA可上调多个转录因子和结构基因的表达，但其上游光信号受体如何介导ALA的调控效应，尚缺乏系统解析。值得注意的是，ALA是光敏素生色团生物合成的前体，其外源施用可能通过影响光敏素活性来参与调控光信号通路。但这些信号是如何将光信号与ALA诱导的花青苷合成结合起来的，目前完全不清楚。为此，本研究以苹果光敏素（Phytochrome, PHY）为切入点，运用多种分子生物学手段，剖析了ALA诱导苹果花青苷积累的转录调控机制。
1.苹果光敏素（MdPHY）家族成员鉴定及其光依赖的核质穿梭特性研究
首先，从苹果基因组中鉴定出7个PHY家族成员，分属PHYA、PHYB、PHYC和PHYE四个亚组，缺失PHYD亚组（图1）。
植物光敏素常以同源或者异源二聚体形式存在并发挥作用。Y2H试验显示，苹果MdPHYB2可与MdPHYA2、MdPHYB1、MdPHYE1及自身形成二聚体（图2B）。亚细胞定位实验显示，所有MdPHY蛋白在黑暗下分布于细胞质，光照后转位至细胞核（图2C）。这一光诱导的核位移特性为MdPHY将光信号传递至细胞核内并调控基因表达提供了空间物理学基础。
2. MdPHYB2是ALA诱导苹果花青苷合成的关键正调控因子
在ALA诱导离体苹果着色过程中，MdPHYB2 的表达持续上调（图3C），其余成员无稳定响应。过表达MdPHYB2 显著促进果实、叶片和愈伤组织中的花青苷积累，ALA处理进一步放大该效应。RNA干扰MdPHYB2 则完全消除ALA的促进作用（图3G–N）。此外，ALA能直接激活MdPHYB2启动子活性（GUS/LUC报告系统证实）（图3E–F）。这些结果表明，MdPHYB2是ALA信号通路中的关键调控因子。
3. MdPIF1是MdPHYB2下游负调控因子，抑制关键转录因子基因表达
通过酵母双杂交文库筛选，获得一个直接互作MdPHYB2的蛋白MdPIF1。MdPIF1定位于细胞核，其表达受ALA显著抑制（图4E–J）。过表达 MdPIF1 抑制花青苷积累，而RNAi-MdPIF1 则大幅促进着色（图5）。进一步解析发现，MdPIF1直接结合MdWRKY71、MdMADS1和MdNAC33启动子上的E-box元件，抑制这些正调控花青苷合成的转录因子基因的转录（图6）。
5. ALA的双重调控：上调MdPHYB2，下调MdPIF1
光照下，ALA既可快速上调 MdPHYB2 表达（1小时内），同时又显著抑制MdPIF1表达，但黑暗下没有这些效应（图8）。这种光照下“一升一降”协同调控使得MdPHYB2 蛋白增加、MdPIF1蛋白减少，进而强化MdPHYB2 对 MdPIF1 的拮抗作用。
研究结论
基于上述发现，并结合前期研究成果，我们提出了一个更为完整的ALA与光信号调控苹果花青苷合成的工作模型（图9）：
(1) 黑暗下：MdPHYB2定位于细胞质（非活性Pr形式），而定位于细胞核的MdPIF1持续抑制下游转录因子基因（MdNAC33、MdWRKY71、MdMADS1）表达，花青苷合成通路受阻。
(2) 光照+ALA处理下：ALA上调MdPHYB2、下调MdPIF1；同时MdPHYB2接收到光信号后，结构发生变化，转变为活性Pfr形式并位移至细胞核，与MdPIF1结合，解除其对MdNAC33、MdWRKY71、MdMADS1的转录抑制；随后通过MBW依赖通路（MdNAC33介导）和非MBW通路（MdWRKY71-MdMADS1介导）双重激活结构基因表达，最终促进花青苷积累和果实着色。
研究意义与应用前景
在苹果中建立光信号受体与ALA信号之间的直接分子联系，明确MdPHYB2-MdPIF1模块作为整合光环境和ALA信号的枢纽角色。
（1）为苹果色泽品质的遗传改良提供了靶点（MdPHYB2和MdPIF1）；
（2）为ALA在果树丰产生产中的应用提供了理论依据；
（3）所揭示的“光依赖性蛋白互作解除转录抑制”机制在植物信号转导领域具有普遍意义。
