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师恺教授课题组揭示PSK-PSKR1信号途径调控番茄果实成熟和品质形成的新机制
果实成熟是果实发育的关键阶段，关系着果实风味和功能品质的形成。植物激素是果实成熟调控网络中极为重要的一个因素。传统激素如乙烯、脱落酸等促进果实成熟，而生长素等则抑制果实成熟。近年来，肽类活性物质由于发挥生物活性的浓度低，且可作为信号分子广泛调控植物生长发育和逆境响应，被认为是一类新型的“肽类激素”。尽管已有大量研究报道传统激素在果实成熟和品质形成中的作用和机制，但植物肽类激素的相关功能还有待深入解析。 Phytosulfokine（PSK）是一类经过磺化、剪切修饰形成的具有广泛生物学功能的肽类激素。浙江大学农业与生物技术学院师恺教授课题组前期鉴定了PSK在番茄中的主要功能受体PSKR1，发现其为富含LRR基序的跨膜受体蛋白激酶（Zhang et al., Plant Cell, 2018）。PSK经PSKR1识别后，通过CPK28-GS2路径调控生长（Ding et al., EMBO Journal, 2022），通过Ca2+信号与生长素途径，以及PSKR1的泛素化降解途径调控番茄植物免疫（Zhang et al., Plant Cell, 2018; Hu et al., Plant Physiol, 2023）。然而，PSK在果实发育和品质形成中的功能尚不明确。 2024年1月12日，浙江大学农业与生物技术学院师恺教授课题组在知名期刊Plant Physiology发表了题为“Phytosulfokine promotes fruit ripening and quality via phosphorylation of transcription factor DREB2F in tomato”的研究论文，揭示了PSK-PSKR1信号途径通过影响转录因子DREB2F的磷酸化修饰水平在调控番茄果实成熟和品质形成中发挥了重要作用。
该研究中，课题组发现外源施用PSK促进番茄果实成熟和类胡萝卜素合成，而pskr1突变体果实成熟延迟，类胡萝卜素含量下降。转录组分析结果显示，在pskr1突变体果实中，与果实成熟和品质形成相关的基因表达量下降，并且转录因子参与PSKR1介导的果实成熟调控过程。进一步利用酵母文库筛选PSKR1互作蛋白，发现转录因子DREB2F与PSKR1互作。沉默DREB2F延迟果实成熟，且PSK对果实成熟的促进效果在DREB2F沉默果实中受到抑制。此外，质谱分析鉴定DREB2F蛋白的Tyr-30位点是PSKR1的磷酸化靶标位点。PSK促进PSKR1对DREB2F蛋白Tyr-30的磷酸化修饰，而该位点的磷酸化修饰能够提高与果实成熟相关的DREB2F潜在靶标基因的转录水平，并促进果实成熟和品质形成。
综上，该研究首次揭示了肽类激素PSK在调控番茄果实成熟和品质形成中的重要功能，阐明了PSK通过促进PSKR1对转录因子DREB2F的磷酸化修饰诱导果实成熟和品质形成的分子机制。该研究拓宽了我们对PSK信号通路的认知，为基于PSK多肽调控果实成熟和品质形成的绿色产品和技术研发应用提供了理论依据。 浙江大学农业与生物技术学院方瀚墨博士生、北京市农林科学院左进华研究员为该论文的共同第一作者，师恺教授为论文通讯作者。该研究受国家自然科学基金、浙江省重点研发计划、浙江大学上海高等研究院繁星科学基金等项目资助。
论文链接： https://doi.org/10.1093/plphys/kiae012 |
