果实成熟是一个复杂的发育过程，涉及颜色、质地和风味的动态变化，受激素信号（特别是乙烯）、转录因子（TF）和表观遗传修饰等构成的精密网络协同调控。在跃变型果实番茄（Solanum lycopersicum）中，乙烯是触发和维持成熟程序的关键。早期的研究通过解析天然突变体，鉴定了一系列处于乙烯生物合成上游的“主控转录因子”，如RIN、NOR和CNR。
其中，SlNOR（NON-RIPENING）是一个核心的NAC家族转录因子。SlNOR突变会导致果实完全无法成熟，其主要功能是通过直接结合乙烯合成关键基因（如SlACS2、SlACO1）的启动子，启动乙烯的级联放大。尽管SlNOR的重要性早已明确，但其在蛋白质水平上如何受到翻译后修饰（PTM）的精确调节仍知之甚少。蛋白质糖基化是一种广泛存在的修饰方式，能够精细调节蛋白质的稳定性、亚细胞定位和活性等。然而，关于糖基化如何介入番茄成熟调控网络的机制，此前仍是学术界的空白。
近日，浙江大学农业与生物技术学院果实品质生物学团队赵晓勇特聘副研究员与李鲜教授在《The Plant Cell》上在线发表了题为“SlSEC1- and SlSPY-mediated O-glycosylation stabilizes the transcription factor SlNOR to promote tomato fruit ripening”的研究论文。该研究首次揭示了两种O-糖基转移酶协同修饰果实成熟“主控因子”SlNOR，从而精准启动番茄乙烯合成与成熟进程的全新分子机制。
利用CRISPR/Cas9技术，研究团队创制了番茄slsec1、slspy单突变体以及slsec1 slspy双突变体。表型分析显示，单突变体果实成熟推迟约5天，而双突变体成熟推迟达8天以上，且乙烯产量、果实软化及代谢组谱均发生协同性改变。值得注意的是，与拟南芥中sec spy双突变体胚胎致死不同，番茄双突变体仍可存活并开花结果，这为研究O-糖基转移酶在发育后的生理功能提供了理想模型。
图1 SlSEC1和SlSPY协同促进番茄果实成熟起始
此外，外源乙烯处理表明SlSPY在果实乙烯响应中起主导作用，而SlSEC1主要参与乙烯生物合成；两者共同调控采后成熟进程。Y2H、BiFC和LCI实验证实SlSEC1和SlSPY均与成熟主控转录因子SlNOR发生物理互作，且互作部位存在差异（SlSPY主要在细胞核，SlSEC1在细胞质）。EThcD质谱鉴定SlNOR的NAC结构域内Thr93、Thr134和Ser165三个O-糖基化位点，其中Thr134可同时被O-GlcNAc和O-岩藻糖修饰。在slsec1、slspy及双突变体果实中SlNOR蛋白丰度显著下降；体外降解和体内CHX实验表明O-糖基化增强SlNOR的蛋白稳定性。双荧光素酶报告实验显示，糖基化位点突变的SlNORS/T-A对下游靶基因SlACS2和SlACO1的转录激活能力显著降低；EMSA表明突变体丧失了DNA结合能力，而CD光谱显示蛋白二级结构未发生改变。体外重组糖基化实验证明，SlSEC1催化的O-GlcNAc化和SlSPY催化的O-岩藻糖化均能显著增强SlNOR对靶基因启动子的DNA结合活性，且效果呈浓度依赖性。
综上，SlNOR作为两种保守的糖基转移酶——O-乙酰氨基葡萄糖（O-GlcNAc）转移酶SlSEC1和O-岩藻糖（O-fucose）转移酶SlSPY的共同底物，其NAC结构域内的三个关键位点（Thr93, Thr134, Ser165）发生糖基化修饰。这种修饰显著增强了SlNOR的蛋白质稳定性及对乙烯合成基因的转录激活能力，从而在蛋白质修饰层面将发育信号与乙烯生物合成紧密耦合。
图2 蛋白质O-糖基化修饰调控转录因子SlNOR介导果实成熟的分子模型
这项工作的科学意义在于，它在番茄中首次证明了两种不同类型的O-糖基化（GlcNAc和岩藻糖）能共同作用于同一个关键转录因子。这不仅丰富了植物蛋白质翻译后修饰的调控图谱，也解释了发育信号如何通过生化机制转化为大规模的基因表达重编。
在应用层面，SlNOR作为成熟的“总开关”，其活性的微小变动都能显著改变果实的货架期和品质。未来，育种家可以不再采用简单的“敲除”手段（这往往会导致成熟完全停止或品质丧失），而是通过精准编辑SlNOR的糖基化位点，或调控SlSEC1/SlSPY的酶活性，来微调成熟进程。这为培育耐贮运且风味优良的番茄及其他园艺作物品种提供了精密的分子工具。
浙江大学吴玉笛博士生为第一作者，浙江大学赵晓勇特聘副研究员和李鲜教授为通讯作者。浙江大学陈昆松教授、潘远江教授、张波教授和Donald Grierson教授及浙江省农科院邓志平研究员为研究提供了帮助。研究工作得到了国家重点研发计划等项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koag144
