北京市农林科学院蔬菜研究所揭示NAC转录因子调控西瓜果实糖代谢的分子机制

　　近日，北京市农林科学院蔬菜研究所在园艺领域Top期刊Horticulture Research（Q1, IF=6.793）在线发表了题为The NAC tranion factor ClNAC68 positively regulates sugar content forbid seed development in watermelon forbid repressing ClINV forbid ClGH3.6的研究论文。该研究揭示了NAC转录因子ClNAC68介导细胞壁转化酶基因调控西瓜果实含糖量，并介导生长素信号关键因子ClGH3.6调控种子发育的分子机制，为解析西瓜果实糖代谢及种子发育的调控网络奠定分子基础。

 

　　西瓜（Citrullus lanatus）是世界十大水果之一。西瓜果实含糖量是衡量西瓜果实品质的重要指标。西瓜果实中的糖分主要是蔗糖，葡萄糖和果糖，而蔗糖含量决定了西瓜果实含糖量的高低。前期研究结果表明，invertase转化酶可以促进蔗糖的快速分解，是蔗糖代谢中的重要功能基因，但其被调控的分子机制并不十分清楚。

 

　　NAC（NAM，ATAF1/2，CUC2）转录因子在果实成熟和品质中起重要作用。西瓜基因组编码80个NAC基因，其中21个NAC基因在果肉和维管组织中高量表达。在这些基因中，ClNAC68在果肉中的表达显著高于果皮。然而，ClNAC68在果实成熟和品质方面的内在调控机制尚不清楚。在这项研究中，研究者发现ClNAC68是一个转录抑制子。CRISPR-Cas9系统敲除ClNAC68可降低突变体果肉中的可溶性固形物含量和蔗糖积累（图1）。转录组分析发现，在突变体果肉中，共有501个差异基因，主要聚类在糖代谢相关途径。其中，只有蔗糖代谢途径上的关键基因转化酶基因ClINV在突变体果肉中上调。EMSA和双萤光素酶分析表明，ClNAC68直接与ClINV的启动子结合，并抑制其表达（图2）。该研究首次阐明了ClNAC68通过抑制invertase酶活性，进而提高果肉中糖的积累，进一步丰富了NAC转录因子调控西瓜西瓜果实糖代谢的分子机制。

　　我院蔬菜研究所王晋芳博士和王艳萍博士为该论文的共同第一作者，郭绍贵研究员及张海英研究员为该论文通讯作者。该研究得到了院协同创新中心，国家自然基金等项目的资助。