茄子果实发育中色素变化分子机制研究：解锁果实变色奥秘

《Plant Communications》：Molecular Mechanisms Driving the Unusual Pigmentation Shift in Eggplant Fruit Development

茄子果实色素调控机制不明，以色列魏茨曼科学研究所等机构研究人员，开展茄子果实色素变化分子机制研究。整合多组学数据，揭示 miRNA 和转录因子调控网络。为果实色素研究及茄子品质改良提供依据。

　　茄子是日常生活中常见的蔬菜，其果实颜色变化独特，在发育早期积累深红色的花青素，而后期又被橙色的柚皮素查尔酮所取代。这种独特的色素变化现象不仅引起人们的好奇，更在植物学研究领域具有重要意义。以往，虽然对一些肉质果实的色素积累有了一定了解，像葡萄、草莓等在成熟时积累花青素，但茄子这种非呼吸跃变型果实的色素调控机制却鲜为人知。尤其是茄子果实色素变化过程中的转录后调控以及代谢网络的信息十分匮乏，这使得解开茄子果实色素变化之谜变得尤为迫切。

为了深入探究这一现象背后的分子机制，以色列魏茨曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）、农业研究组织（ARO）等多个机构的研究人员携手开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Plant Communications》杂志上，为我们揭示了茄子果实色素变化的神秘面纱。

研究人员采用了多种关键技术方法。在样本分析方面，选取了多个茄子品种，在不同发育阶段采集果实样本进行研究。运用超高效液相色谱 - 质谱联用（UPLC - MS）技术对果实中的色素成分进行分析；通过 RNA 测序（RNA - seq）和小 RNA 测序来探究基因和 miRNA 的表达变化；利用转基因技术，如过表达和 RNA 干扰（RNAi），对相关基因功能进行验证 。

在研究结果部分，研究人员首先对不同茄子品种果实发育过程中的色素及相关代谢物进行分析。通过 UPLC - MS 分析发现，在果实成熟过程中，紫色的花青素含量逐渐减少，而黄色的柚皮素查尔酮含量显著增加，且这种变化与果实颜色的转变一致。对黄酮类生物合成途径基因的研究表明，早期生物合成基因（EBGs）在果实成熟时表达上调，而晚期生物合成基因（LBGs）的表达变化则不一致。

接着，研究人员深入挖掘调控色素变化的分子机制。通过 mRNA 和 miRNA 测序数据的分析，发现 miRNA157 和 miRNA858 在茄子果实色素调控中发挥重要作用。miRNA157 靶向调控 SPL6a、SPL10 和 SPL15 转录因子（TFs），而 miRNA858 则靶向 MYB12 TF。双荧光素酶报告实验进一步证实了这些 miRNA 对靶基因的调控作用。

进一步研究发现，miRNA858 - MYB12 模块对黄酮醇的积累有重要影响。在烟草叶片中瞬时过表达相关基因的实验表明，MYB12 能诱导黄酮醇生物合成基因的表达，促进黄酮醇积累；而 miRNA858 则通过抑制 MYB12 的表达，负调控黄酮醇的积累 。

研究人员还发现，过表达 miRNA156 和 miRNA157 会导致茄子果实色素沉着发生改变。转基因茄子果实表现出紫色减少、白色外观的表型，且花青素含量显著降低，柚皮素查尔酮积累提前。转录组分析显示，这与黄酮类生物合成途径基因的表达变化密切相关。

此外，研究人员对 SPLs 和 MYB 转录因子之间的关系进行了探究。通过酵母双杂交（Y2H）和荧光素酶互补成像（LCI）等实验发现，茄子中的 SPLs 和 MYBs 之间不存在蛋白质 - 蛋白质相互作用，而是通过转录调控发挥作用。SPLs 作为 MYB1 和 MYB2 的转录激活因子，调控花青素的生物合成 。

最后，研究人员发现 SPLs 和 MYB12 能转录调控 miRNA157 和 miRNA858 的上游区域，形成反馈调节回路，进一步精细调控黄酮类代谢。

综合上述研究结果，研究人员提出了一个由 miRNA858 和 miRNA157 介导的调控网络模型。在茄子果实发育早期，miRNA157 表达较低，使得 SPL6a、SPL10 和 SPL15 表达较高，进而激活 MYB1 和 MYB2，促进花青素的生物合成。随着果实发育，miRNA157 表达升高，抑制 SPLs 的表达，导致 MYB1 和 MYB2 表达下降，花青素合成减少；同时，miRNA858 表达下降，使得 MYB12 表达上调，促进柚皮素查尔酮等黄酮醇的积累，最终实现果实色素的转变 。

这项研究具有重要意义。它首次详细揭示了茄子果实色素变化的分子机制，为理解植物果实色素调控提供了新的视角。研究发现的调控网络不仅适用于茄子，对其他植物果实色素调控研究也具有参考价值。此外，研究结果还为茄子的遗传改良提供了理论依据，有望通过调控相关基因来改善茄子果实的品质和外观。