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2021年4月9日，The Plant Journal在线发表了北京农学院植物科学技术学院姚允聪教授和田佶副教授课题组题为“Apple MPK4 Mediates Phosphorylation of MYB1 to Enhance Light-Induced Anthocyanin Accumulation”的研究论文，该研究发现光诱导的MAPK成员MPK4通过磷酸化并稳定MYB1转录因子来介导苹果中花青素的积累。
花青素是广泛存在于植物中的水溶性天然色素，是花色苷水解而得的有颜色的苷元。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物质大部分与之有关。花青素具有很高的营养价值，是人体必不可少的营养成分。花青素的积累会受到光等环境信号的影响，并且植物已演化出复杂而精妙的系统来接收和转导这些信号。然而，其中相关的分子机制仍有待研究。
已有研究表明，拟南芥AtMPK3、AtMPK4和AtMPK6受光照诱导激活。为研究MAPK通路是否参与光诱导的苹果花青素积累，利用细胞间信号抗体阵列进行分析发现，苹果中的MdMPK3、MdMPK4和MdMPK6在光照下同样被激活。免疫斑点试验表明，光照能够增加磷酸化MdMPK4蛋白的丰度。酵母双杂筛选及体外激酶测定结果显示，MdMPK4与MdMYB1互作并将其磷酸化，且MdMYB1的磷酸化水平受光照的影响。
为验证MdMPK4是否参与苹果花青素的积累，分别在苹果中瞬时过表达和沉默MdMPK4，表型分析发现MdMPK4过表达能促进注射部位周围花青色素的积累和红化作用，而MdMPK4沉默表达未检测到此现象。此外，MdMPK4过表达可显著增加MdMYB1的磷酸化蛋白水平（图1）。进一步表达分析显示，MdMPK4-MdMYB1通路参与光诱导的花青素积累，Ser-142磷酸化位点对于MdMYB1调控花青素生物合成至关重要。
图1. MdMPK4、MdMYB1的过表达和沉默抑制分析
免疫印迹分析显示，高光处理可诱导MdMPK4快速激活，在低光条件下仅能检测到较弱的MdMPK4活性，而且与低光处理相比，MdMYB1在高光下具有更高的磷酸化水平。结合不同光照强度下的花青素含量测定结果表明，高光诱导的MdMYB1磷酸化是由MdMPK4介导的。磷酸化及蛋白水平检测表明，MdMYB1在黑暗条件下通过26S蛋白酶体降解，MdMPK4介导的MdMYB1磷酸化使其蛋白稳定性增加，并防止其降解。
苹果中存在两个同源性较高的MdMPK4基因，即位于6号染色体的MdMPK4-06G和位于14号染色体的MdMPK4-14G。经量化分析，MdMPK4-06G在光照下的表达水平明显高于MdMPK4-14G，且MdMPK4-06G启动子上存在光响应元件。由此表明，MdMPK4-06G对光照更敏感，是负责光诱导花色素积累的主效基因。
图2. MdMPK4磷酸化MdMYB1并介导苹果中花青素的积累
综上，光照激活的MdMPK4与MdMYB1互作并将其磷酸化，进而稳定了MdMYB1蛋白水平，促进了花青素生物合成基因的激活。而在夜间等黑暗条件下，MdMYB1磷酸化水平随MdMPK4表达水平的降低而降低，以至于被26S蛋白酶体途径降解。以上结果为通过光诱导增加水果花青素含量提供了潜在的生物技术策略。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15267
来源：PlantBiotech 植物生物学
原文链接：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI5NTk2MTcyOA==&mid=2247496833&idx=1&sn=d4b7549eb151ac49e89f9c391958f5bd
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