Nature Plants | 山东农业大学团队揭示苹果果实软化的调控机制

摘要：北京时间2025年4月17日17时，山东农业大学园艺科学与工程学院陈学森教授团队胡大刚教授课题组在《自然—植物》（Nature Plants）杂志上发表了题为“Enrichment of two important metabolites D-galactur

本文来源：小柯生命

北京时间2025年4月17日17时，山东农业大学园艺科学与工程学院陈学森教授团队胡大刚教授课题组在《自然—植物》（Nature Plants）杂志上发表了题为“Enrichment of two important metabolites D-galacturonic acid and D-glucuronic acid inhibits MdHb1-mediated fruit softening in apple”的研究论文。该研究首次鉴定D-半乳糖醛酸（D-GalUA）和D-葡萄糖醛酸（D-GlcA）为苹果果实软化的标志代谢物，并揭示了这两种代谢物通过负反馈调控抑制MdMYB2/MdNAC14/MdNTL9-MdHb1模块来延缓果实软化、维持果实硬度的分子机制。这一研究成果为精准调控果实品质、延长水果保鲜期提供全新靶点。

苹果作为我国第一大落叶果树，其栽培面积占全球50.9%，年产值超过2000亿元，是乡村振兴的重要支柱产业。然而，每年因采后果实软化造成的经济损失高达15 亿元，相当于浪费3000万箱红富士苹果。这项研究成果为解决这一产业难题提供了重要科学支撑。

研究团队通过扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱等技术，系统分析了苹果采后贮藏过程中的品质变化。结果显示，随着贮藏时间延长，果实细胞数量减少、排列变得松散、细胞间粘附性下降，导致硬度等关键品质指标显著降低（图1）。

图1苹果果实采后贮藏过程中的质地分析

多组学联合分析进一步发现，D-GalUA和D-GlcA两种代谢物在贮藏过程中发生显著变化，并与1 类非共生血红蛋白MdHb1密切相关（图2a）。深入研究表明，MdHb1在贮藏期间表达量显著升高，且定位于细胞壁（图2b-d）。鉴于原果胶降解在果实软化中的关键作用，研究人员推测MdHb1可能通过调控果胶降解影响软化进程。这一假设通过体外原果胶孵育实验和苹果果实瞬时注射实验得到证实，MdHb1确实能够促进原果胶向可溶性果胶转化，从而加速果实软化（图2e-o）。

图2 MdHb1是苹果果实软化的重要调节因子

为深入阐明果实软化调控机制，研究人员结合转录组数据，通过酵母单杂，EMSA, 烟草瞬时表达等实验，发现MdMYB2/MdNAC14/MdNTL9三个转录因子可直接结合MdHb1基因启动子激活其表达并促进果实软化。尤为重要的是，研究揭示了D-GalUA和D-GlcA通过负反馈抑制MdMYB2/MdNAC14/MdNTL9-MdHb1调控模块来延缓果实软化的新机制（图3），为开发新型保鲜技术提供了重要理论依据。

图3 D-GalUA/D-GlcA 介导的 MdMYB2/MdNAC14/MdNTL9-MdHb1 模块调控果实软化

山东农业大学博士研究生赵玉文、山东农业大学园艺科学与工程学院副教授赵婷婷、博士后孙权、博士研究生刘小龙为该论文的并列第一作者，山东农业大学园艺科学与工程学院教授胡大刚为该论文的唯一通讯作者。山东农业大学为研究成果第一单位。山东省果树研究所李林光和王海波研究员为该研究提供了苹果杂交后代群体和‘鲁丽’苹果试材。该研究工作得到了山东农业大学苹果团队首席陈学森教授和美国康奈尔大学程来亮教授的精心指导。已毕业硕士黄晓玉，在读研究生李万坤、王楚堃、王文燕、向莹、马昌宁也参与了此研究工作。

该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金青年项目B类（原国家优秀青年基金）、山东省重点研发计划、泰山学者工程专项资金、中国博士后科学基金等项目的资助。