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防控冷害是水果保鮮產(chǎn)業(yè)的技術(shù)難題，而果實冷害發(fā)生調(diào)控機制是采后生物學(xué)長期關(guān)注的前沿科學(xué)問題。香蕉是重要的果糧兼用作物，對許多熱帶和亞熱帶國家的糧食安全至關(guān)重要。作為典型的熱帶亞熱帶作物，香蕉對低溫極為敏感，極易發(fā)生冷害，造成巨大的經(jīng)濟損失。一類在缺銅條件下上調(diào)表達的microRNA(被稱為Cu-miRNA)大多靶向編碼含銅蛋白的基因(如多酚氧化酶PPO、漆酶LAC、過氧化物酶POD等)。研究組前期研究發(fā)現(xiàn)，miR528-MaPPO模塊在三倍體基因型AAA品種香蕉的冷害發(fā)生過程中起重要調(diào)控作用。然而，對于不同基因型背景的香蕉果實耐冷性差異的形成與Cu-miRNA調(diào)控之間是否存在聯(lián)系，以及具體調(diào)控機制尚不明確。

中國科學(xué)院華南植物園果蔬保鮮研究團隊探討了Cu-miRNA調(diào)控AAA型(Cavendish)和ABB型(Pisang Awak)香蕉果實耐冷性差異的分子機制，證實了果實抗氧化能力與Cu-miRNA積累量之間存在顯著相關(guān)性，表明Cu-miRNA通過靶向含銅蛋白間接參與了氧化還原穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)。進一步研究揭示，上游轉(zhuǎn)錄因子MaSPL4/5的表達水平及其對Cu-MIRNA基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控強度差異，可能是導(dǎo)致Cu-miRNA在兩種香蕉果實差異積累的關(guān)鍵因素，即耐冷性更強的ABB型香蕉果實中積累更高豐度的Cu-miRNA，與其MaSPL4/5表達水平更高及MaSPL4/5對B基因組上Cu-MIRNA啟動子的激活作用更強有關(guān)。隨后，通過果皮瞬時轉(zhuǎn)化實驗進一步驗證了Cu-miRNA代表分子miR528的功能，即在不耐冷AAA型香蕉果皮中瞬時過表達miR528(OE-miR528)能夠緩解冷害，而在耐冷ABB型香蕉果皮中瞬時沉默miR528(STTM-miR528)則會加重冷害?；诖耍髡咛岢隽薈u-miRNA介導(dǎo)AAA與ABB品種香蕉果實耐冷性差異的假說機制。即在冷脅迫下，相較于AAA型果實，ABB型果實中MaSPLs顯著上調(diào)表達，且MaSPLs對B基因組上Cu-MIRNA啟動子的轉(zhuǎn)錄激活作用更強，從而誘導(dǎo)更高豐度的Cu-miRNA積累，相應(yīng)下調(diào)其靶基因表達，參與調(diào)控氧化還原穩(wěn)態(tài)，通過提升果實抗氧化能力，最終增強果實耐冷性(Fig. 1)。該研究拓展了對香蕉耐冷性分子機制的認識，同時為培育適應(yīng)低溫環(huán)境的新品種提供了潛在的靶標(biāo)分子。

圖. Cu-miRNA介導(dǎo)AAA與ABB品種香蕉果實耐冷性差異

相關(guān)研究成果以題為“Cu-miRNA-mediated redox homeostasis explains the differences in cold tolerance between AAA and ABB banana varieties”的論文近日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Journal of Advanced Research(《前沿研究雜志》)上。中國科學(xué)院華南植物園已畢業(yè)碩士生彭寬和在站博士后孔祥錦為本論文第一作者，孔祥錦和朱虹副研究員為共同通訊作者。英國東安格利亞大學(xué)Tamas Dalmay教授參與了合作研究。本研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院國際訪問學(xué)者等項目的資助。