防控冷害一直是水果保鮮產業的技術難題，而解析冷害發生及調控機制是采后生物學的前沿科學問題。香蕉是世界上產量和貿易量最大的水果，作為熱帶亞熱帶作物，香蕉對低溫十分敏感，極易發生冷害。主要癥狀為果皮褐變、果肉硬化、嚴重時果實將無法正常后熟，導致失去商品價值，造成巨大的經濟損失。MicroRNA (miRNA) 是一類長度為20-24個核苷酸的非編碼單鏈小分子RNA，調控轉錄后的基因沉默，在植物生長發育和逆境響應中發揮關鍵作用。去年，兩位美國科學家因首次發現miRNA及其在轉錄后基因調控中的作用而獲得諾貝爾生理學或醫學獎。
中國科學院華南植物園果蔬保鮮技術研發與利用團隊前期研究發現，低溫脅迫下miR528通過調控多酚氧化酶PPO的表達引發采后香蕉果皮的活性氧失衡和果皮褐變，而在香蕉果皮中瞬時過表達miR528延緩了冷害發生（圖1）。進一步研究發現，香蕉基因組中大多數MaSPL受冷脅迫抑制，其中MaSPL4/5/25/42/44能夠結合MIR528的啟動子并激活其表達，且其中MaSPL4/5/42/44同時又是miR156c的靶基因。隨后通過瞬時轉化結合多重實驗明確了miR156c-MaSPL4在香蕉冷脅迫響應中的功能（圖2）。再利用DAP-seq和RNA-seq聯合分析鑒定并初步驗證了數個與冷脅迫表型相關的MaSPL4靶基因。基于此，提出了一個參與香蕉冷脅迫響應的級聯工作模型，即在冷脅迫下，香蕉果皮中miR156c顯著上調，而其靶基因MaSPL4顯著下調，進而抑制受其轉錄調控的miR528積累，造成miR528的靶基因MaPPO顯著上調，引發活性氧大量累積。同時，MaSPL4還可能通過干擾果皮中長鏈脂肪酸與角質合成來影響其結構的穩定性，最終導致香蕉果皮的冷害表型（圖3）。該研究揭示了相對獨立于CBF/DREB1 (C-repeat binding factor/dehydration responsive element binding 1) 經典信號通路外的一條新的冷應激途徑，豐富了香蕉冷害的分子機制，同時為培育抗冷香蕉品種提供了靶標分子。
相關研究結果已近期發表在園藝學高水平期刊Molecular Horticulture（《分子園藝》）上。華南植物園孔祥錦博士為論文第一作者，朱虹副研究員和屈紅霞研究員為共同通訊作者。蔣躍明研究員、段學武研究員、云澤副研究員、單幼霞博士和碩士生彭寬等參與相關研究。同時，英國東安格利亞大學Tamas Dalmay教授參與合作研究。該項研究得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金和中國科學院國際訪問學者等項目的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1186/s43897-024-00115-1
圖1. 瞬時過表達miR528延緩香蕉果皮冷害發生
圖2. 香蕉冷脅迫響應中miR156c-MaSPL4模塊的功能驗證
圖3. 參與香蕉冷脅迫響應的miR156c-SPL4-miR528-PPO級聯工作模型
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