PpERF.E3通过调控乙烯生物合成和细胞壁降解介导桃果实成熟软化的分子机制

本研究针对桃果实成熟软化调控机制不清的问题，通过筛选PpACO1上游转录因子，发现AP2/ERF家族成员PpERF.E3能直接激活乙烯合成基因PpACS1/PpACO1和细胞壁降解基因PpPL1/PpPL15的表达。实验证实过表达PpERF.E3显著提升乙烯产量并加速软化，而基因沉默则产生相反效果，揭示了ERF转录因子通过双重调控网络影响果实品质形成的新机制。

　　

桃作为蔷薇科模式植物，其果实成熟过程伴随着复杂的生理生化变化，其中乙烯信号通路和细胞壁修饰是调控关键。然而，不同质地桃品种（溶质型、非溶质型、石硬型）的成熟机制存在显著差异，尤其是上游转录调控网络仍存在大量空白。现有研究发现PpACS1和PpACO1是乙烯合成的限速酶，但哪些转录因子直接调控这些基因尚不明确。同时，细胞壁降解酶如多聚半乳糖醛酸酶（PG）和果胶酸裂解酶（PL）的转录调控机制也有待解析。

为解决这些问题，西北农林科技大学园艺学院张兴振团队在《Postharvest Biology and Technology》发表研究，通过酵母单杂交筛库结合共表达分析，从桃cDNA文库中鉴定出223个潜在互作蛋白，最终锁定AP2/ERF家族成员PpERF.E3作为关键调控因子。研究采用农杆菌介导的桃果实瞬时转化、桃果肉愈伤组织稳定转化、双荧光素酶报告系统等技术，系统解析了该转录因子的生物学功能。

在材料与方法部分，研究以溶质型桃品种'黄金蜜1号'为材料，采集20-80天发育期样本。通过GY-4硬度计测定果实硬度，气相色谱分析乙烯释放量，比色法检测水溶性果胶（WSP）和酸溶性果胶（ASP）含量。分子实验包括：酵母单杂交筛库鉴定PpACO1启动子互作蛋白；构建35S:PpERF.E3过表达载体和pTRV2-VIGS沉默载体；亚细胞定位采用烟草叶片瞬时表达；转录激活通过酵母AH109系统验证；DNA-蛋白互作采用电泳迁移率变动分析（EMSA）。

研究结果部分首先揭示PpERF.E3的时空表达特征：该基因在幼果期表达量低，成熟期显著上调，与果实硬度下降呈负相关。通过瞬时转化实验发现，过表达PpERF.E3的桃果实在贮藏2-6天时乙烯产量提高2.3-3.5倍，硬度降低35%-42%，而基因沉默组则呈现相反表型。在桃愈伤组织中，过表达株系的PpACS1和PpACO1转录水平提升4-6倍，证实其正向调控乙烯合成通路。

分子机制研究表明，PpERF.E3通过结合PpACO1启动子的P1片段（-947至-556 bp）和PpACS1启动子的P2片段（-1321至-892 bp），直接激活这两个基因的转录。EMSA实验进一步确认其能特异性识别启动子中的GCC-box顺式元件。在软化调控方面，该转录因子不仅上调PpPL1/PpPL15表达3-5倍，还促进PG21/PG22转录，导致WSP含量增加28%-45%，PL酶活性提升2.1倍。值得注意的是，双荧光素酶报告系统显示PpERF.E3对PL基因的激活效应强于PG基因，暗示其对不同细胞壁降解酶的调控存在选择性。

讨论部分指出，这是首次发现ERF-VII亚族成员能同时调控乙烯合成和细胞壁降解双重通路。与已报道的PpERF.A16相比，PpERF.E3具有更广泛的底物特异性，其识别序列分析为培育耐贮运桃品种提供新靶点。研究还提出"转录因子级联调控"假说：PpERF.E3可能通过与SEP1等MADS-box蛋白互作形成调控模块，这为解析果实成熟转录网络提供新思路。

该研究的创新点在于：揭示AP2/ERF转录因子通过"乙烯-细胞壁"协同调控网络影响桃品质形成；建立桃果实瞬时转化与愈伤组织转化的双重功能验证体系；发现PL基因可能是果实软化调控的更关键靶点。这些发现不仅完善了桃果实成熟的理论框架，也为采后保鲜技术开发提供分子育种靶标。