梨是重要落叶果树树种，也是我国的第三大果树。作为梨的起源地，我国具有丰富的梨属资源，表现出高度的遗传多样性和区域特色。在已有梨资源中，特别是多数地方梨资源，缺乏遗传改良，果实石细胞含量高，导致果肉质地硬、口感差，降低其石细胞含量成为改善梨果品质的关键因素。因此，弄清石细胞形成的分子调控机制对于有效指导梨遗传改良和栽培调控具有重要的价值和意义。
近日，The Plant Journal在线发表了吴俊教授团队题为“Brassinosteroid signaling promotes stone cell lignification by enhancing nuclear accumulation of PbrBEH3 in pear fruit”的研究论文，揭示了BR信号通过促进转录因子PbrBEH3的核积累，进而激活下游木质素合成基因，正调控梨果实石细胞木质化的新机制。
研究通过不同浓度的外源表油菜素内酯EBR及BR合成抑制剂BRZ处理，发现10 μM EBR能显著促进梨果实及愈伤组织中石细胞的形成和木质素积累，而BRZ则产生抑制作用，表明BR信号在石细胞木质化过程中发挥正调控作用。之后利用24个梨组织转录组的共表达网络分析及206份梨品种资源的关联分析，鉴定到BR信号通路关键转录因子家族候选基因PbrBEH3，其表达量与石细胞含量及木质素含量呈显著正相关，提示PbrBEH3可能是介导BR调控梨石细胞形成的重要因子。
为验证PbrBEH3的功能，结合梨果实瞬时过表达和沉默，并在梨愈伤组织中稳定过表达和CRISPR/Cas9基因编辑敲除，以及模式植物异源过表达。结果表明，PbrBEH3过表达显著提高木质素积累，而敲除或沉默则降低木质素含量；在模式植物中过表达同样促进茎秆木质素沉积和次生壁加厚（图1）。进一步研究发现，外源BR处理可诱导PbrBEH3从细胞质向细胞核富集。通过双荧光素酶、酵母单杂交、凝胶迁移阻滞和染色质免疫沉淀等实验，证实了PbrBEH3可直接结合并激活木质素合成关键结构基因Pbr4CL1和核心转录因子PbrMYB169的启动子，且分别作用于E-box和BRRE顺式元件，这一双重激活模式形成了高效的正调控路径，显著增强木质素的合成。
图1 PbrBEH3促进梨果实石细胞木质化的功能验证
综上研究发现PbrBEH3是一个关键转录激活因子，能够整合油菜素甾醇信号调控梨果实木质素合成与石细胞形成的新机制（图2），该结果为降低梨果实石细胞含量和质地性状分子遗传改良提供了理论依据和潜在基因靶点。
图2 BR信号介导梨果实石细胞形成的调控模型
南京农业大学博士生蔡建法、安徽农业大学博士后郑朋飞及南京农业大学博士生单燕飞为论文共同第一作者，吴俊教授和薛程副教授为共同通讯作者。山东农业大学硕士研究生陈书琳、周正、潘冲及南京农业大学硕士研究生李柽参与了研究工作。致谢国家自然科学基金重点项目、国家现代农业产业技术体系专项资金、山东省自然科学基金及“一流学科”建设专项的资助。
文章链接：
https://doi.org/10.1111/tpj.71058
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