无花果果实软化分子机制研究取得新突破
近日，中国农业大学马会勤课题组在《Plant Biotechnology Journal》发表题为“ERF100 regulated by ERF28 and NOR controls pectate lyase 7, modulating fig (Ficus carica L.) fruit softening”的研究论文。该研究揭示了ERF转录因子FcERF100通过调控细胞壁修饰基因FcPL7表达，影响无花果果实软化进程的分子机制。进一步发现，FcERF100受上游转录因子FcERF28和FcNOR双重调控，形成动态蛋白网络，在果实发育早期维持基础细胞壁修饰，并在成熟阶段促进快速软化。该成果解析了ERF-NAC复合体调控果实软化的分子路径，为果实品质改良和耐贮性育种提供了重要理论支持。
无花果（Ficus carica L.）作为最早被驯化的园艺作物之一，因其独特风味、高营养价值及抗氧化特性，在全球鲜食与加工产业中具有重要地位。然而，其果实成熟过程中乙烯激增引发的快速软化问题严重缩短贮藏期，导致品质下降和采后损耗，制约产业发展。已有研究表明，乙烯信号通路在调控软化过程中起核心作用，ERF类转录因子可通过调节果胶裂解酶（PL）、多聚半乳糖醛酸酶（PG）等细胞壁降解酶基因参与该过程，但具体调控机制尚不清晰。马会勤团队系统解析了FcERF28-FcNOR-FcERF100-FcPL7基因模块的互作网络，构建了乙烯介导的ERF-NAC复合体动态调控模型，为果实硬度调控及分子育种提供了新思路。
FcERF100负向调控果实软化
研究人员通过转录组分析鉴定出一个受乙烯抑制的ERF转录因子FcERF100。在无花果果实中瞬时过表达FcERF100可显著延缓软化并降低果胶裂解酶（PL）活性，而多聚半乳糖醛酸酶（PG）和果胶甲酯酶（PME）活性未受影响；相反，抑制FcERF100表达则加速软化并提升PL活性。结果表明，FcERF100通过特异性调控PL活性负向调控果实软化进程。
图1 FcERF100在无花果果实中的瞬时表达
FcERF100过表达提升番茄果实硬度
为验证FcERF100功能的保守性，研究者将其转入‘Micro-Tom’番茄，获得多个稳定过表达株系。转基因果实硬度显著高于野生型，同时乙烯释放量、类胡萝卜素含量以及PL和PG活性均下降，PME活性无明显变化。结果证实FcERF100通过抑制细胞壁修饰酶活性，负调控果实软化过程。
图2 FcERF100在番茄果实中的稳定过表达
FcERF100直接抑制FcPL7转录
实验发现FcPL7表达受FcERF100调控。通过Y1H、EMSA、ChIP-qPCR和双荧光素酶报告（DLR）实验，证实FcERF100可直接结合FcPL7启动子上的GCC和DRE/CRT元件，抑制其转录。利用无花果稳定转化体系构建FcERF100过表达幼树，进一步验证其对FcPL7表达的抑制作用。表明FcERF100通过靶向抑制FcPL7调控果实软化。
图3 FcERF100负调控FcPL7转录
FcERF28激活FcERF100转录
通过酵母单杂交筛选获得FcERF28，已知其与无花果成熟密切相关。Y1H、EMSA和DLR实验证明，FcERF28可直接结合FcERF100启动子区的GCC元件，激活其转录。在FcERF28过表达株系中，FcERF100表达水平显著上升，表明FcERF28是FcERF100的上游正向调控因子。
图4 FcERF28可以促进FcERF100的转录
FcNOR抑制FcERF100并与其互作
研究还鉴定到NAC家族转录因子FcNOR。通过Y2H、Pull-down、LCI和BiFC实验，证实FcNOR与FcERF100存在物理相互作用。EMSA和DLR实验显示，FcNOR可结合FcERF100启动子中的CACG位点，抑制其转录。因此，FcNOR既作为互作蛋白参与复合体形成，又作为上游抑制因子调控FcERF100表达，构成多层次调控网络。
图5 FcNOR与FcERF100相互作用并转录抑制FcERF100
构建ERF-NAC动态调控模型
基于上述结果，研究团队提出FcERF28-FcNOR-FcERF100-FcPL7调控模块模型：在幼果期低乙烯条件下，FcERF28激活FcERF100表达，二者协同抑制FcPL7，维持基础细胞壁稳定性；果实成熟时乙烯积累，FcNOR表达上调，一方面与FcERF100互作形成调控复合体，另一方面直接抑制FcERF100转录，解除其对FcPL7的抑制，导致果胶裂解酶活性升高，驱动果实快速软化。该模型阐明了乙烯信号通过ERF-NAC复合体精细调控果胶代谢的分子机制，拓展了果实软化调控理论体系，为提升无花果采后品质和经济效益提供新策略。
图6 ERF28-NOR-ERF100模块通过调控FcPL7介导无花果果实软化的分子模型
中国农业大学园艺学院博士生范志毅和王源为论文共同第一作者，马会勤教授为通讯作者，课题组多名成员参与研究。项目获威远无花果产业化综合发展项目资助。感谢以色列农业部Moshe A. Flaishman教授在实验设计方面的指导，以及耶路撒冷希伯来大学Alexander Vainstein教授在论文撰写中的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.70085