近日，我校在气体信号分子H₂S调控果实成熟衰老及花青苷合成的调控机制方面取得新进展，食品与生物工程学院张华教授课题组先后在Plant Physiology杂志上发表三篇研究成果。

硫化氢（H₂S）是一种新型气体信号分子，H₂S介导的蛋白巯基化修饰被认为是一种新型的蛋白翻译后修饰方式。已有证据表明H₂S能延缓果实的成熟衰老，但H₂S调控果实成熟衰老的精细作用机制，尚少见报道。我校食品与生物工程学院张华教授课题组研究发现，H₂S介导的蛋白巯基化修饰参与调控番茄果实的成熟与衰老进程，并于2023年2月3日在Plant Physiology杂志上发表了题为“E3 ligase BRG3 persulfidation delays tomato ripening by reducing ubiquitination of the repressor WRKY71”的研究论文，该研究揭示了H₂S信号通过蛋白巯基化修饰E3泛素连接酶BRG3减弱其降解WRKY71的能力，增强WRKY71抑制CAS1调控番茄果实成熟进程的作用机制。我校食品与生物工程学院博士研究生孙忱和青年教师姚改芳副教授为共同第一作者，姚改芳副教授和张华教授为论文的通讯作者。

该研究通过转录组数据挖掘，发现一个编码WRKY家族成员WRKY71响应H₂S信号表达量显著上调，且WRKY71的表达模式与氰基丙氨酸合成酶（CAS1）呈显著负相关。利用瞬时表达系统和正反向遗传学手段证明WRKY71抑制番茄果实成熟而CAS1促进番茄果实成熟的生物学功能。利用体外生化与分子生物学等实验证实，WRKY71通过W-box作用元件结合CAS1启动子并抑制其转录。利用蛋白表达、改良生物素开关法结合Western blot技术证实WRKY71发生巯基化修饰增强其与CAS1启动子的结合能力。蛋白互作分析显示WRKY71与E3泛素蛋白连接酶BRG3互作并发生体外泛素化。深入鉴定发现，H₂S信号通过巯基化修饰BRG3的Cys²⁰⁶导致其泛素化活性降低。该研究揭示了BRG3的Cys²⁰⁶位点发生巯基化修饰，导致泛素化活性降低，减弱其与WRKY71的蛋白互作效应；增强WRKY71结合并抑制下游靶基因CAS1的转录，从而延缓番茄果实成熟进程（图1）。研究结果为H₂S信号介导蛋白巯基化修饰调控果实成熟衰老的作用机制提供了新见解。

该研究得到了国家自然科学基金、安徽省科技重大项目与重点研发计划、安徽省自然科学基金以及中央高校基础研究基金的资助。

图1. H₂S介导BRG3和WRKY71蛋白巯基化修饰调控番茄果实成熟进程

论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiad070

同时，该课题组还关注到H₂S信号对果实成熟衰老进程中花青苷积累的影响。以富含花青苷的红皮梨为试验材料，探究H₂S巯基化修饰与红皮梨花青苷积累之间的关系。2023年2月17日该课题组在Plant Physiology杂志发表了题为“Persulfidation of transcription factor MYB10 inhibits anthocyanin synthesis in red-skinned pear”的研究论文，揭示了转录因子MYB10^Cys218响应H₂S信号发生巯基化修饰干扰MYB10-MYB73-MYB6复合体形成进而抑制花青苷积累的分子作用机制。姚改芳副教授、硕士研究生苟莎莎和钟婷颖为论文的共同第一作者，姚改芳副教授和张华教授为论文的通讯作者。

该研究发现H₂S信号显著抑制红皮梨花青苷积累和转录因子MYB10和MYB73表达量，同时显著上调MYB6的表达量；利用生物信息学分析表明MYB6具有完整EAR基序，暗示其可能负调控花青苷积累，在草莓和梨果实中瞬时表达表明MYB73/ MYB6与MYB10共转化分别促进或抑制了花青苷积累。进一步蛋白互作分析证明MYB73、MYB10和MYB6三者之间均存在互作；利用巯基化信号检测、质谱鉴定结合氨基酸突变分析证明，MYB10发生巯基化修饰且修饰的位点是Cys²¹⁸和Cys¹⁹⁴。深入研究发现，MYB10^Cys218是主效修饰位点，且MYB10^Cys218巯基化增强MYB10与MYB6互作，同时减弱它与MYB73互作，导致花青苷生物合成相关基因DFR、ANS等表达被抑制，进而抑制红皮梨花青苷积累（图2）。综上所述，该研究为H₂S介导蛋白巯基化修饰调控红皮梨花青苷积累提供了新的视角。

该研究得到了国家自然科学基金、安徽省科技重大专项、安徽省自然科学基金以及中央高校基础研究基金的资助。

图2. H₂S巯基化修饰MYB10介导MYB10-MYB73-MYB6复合物的形成调控花青苷生物合成

论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiad100

此外，该课题组在红皮梨花青苷积累的调控机制方面也取得了新的进展，并于2023年2月3日在Plant Physiology上在线发表了题为“ETHYLENE RESPONSE FACTORS 4.1/4.2 with EAR motif repress anthocyanin biosynthesis in red-skinned pears”的研究论文，揭示了PyERF4.1/PyERF4.2作为抑制子调控红皮梨花青苷合成的新机制。我校食品与生物工程学院在读博士生孙红叶为论文的第一作者，青年教师姚改芳副教授和张华教授为论文的通讯作者。

研究结果表明，具有EAR基序的PyERF4.1/PyERF4.2具有抑制红皮梨花青苷合成的生物学功能。进一步研究显示，PyERF4.1/PyERF4.2受到转录因子PyMYB114的靶向结合，其转录活性被激活；在蛋白水平，PyERF4.1/PyERF4.2通过EAR motif与PyERF3相互作用，破坏PyERF3-PyMYB114-PybHLH3复合体的稳定性，从而抑制花青苷生物合成关键基因PyANS的转录，导致红皮梨中花青苷积累减少（图3）。综上，PyERF4.1/PyERF4.2作为抑制子调控红皮梨花青苷生物合成的理论研究，丰富了花青苷生物合成的调控机制和色素代谢的调控网络。

该研究得到了国家自然科学基金、安徽省重大科技项目、安徽省自然科学基金以及中央高校基础研究基金的资助。

图3. PyERF4.1/PyERF4.2作为抑制子调控红皮梨花青苷的生物合成

论文链接https://doi.org/10.1093/plphys/kiad068

（姚改芳/文 姚改芳/图 李艳/审核）

责任编辑：刘红平