北京农学院沈元月/黄芸团队在液泡磷转运体VPT1调控果实糖积累的分子机制研究中取得突破性进展

果实品质是园艺产业发展的基石。因此，提高鲜果品质是果树产业发展永恒的主体。过去大量研究与实践表明，磷在果实品质形成尤其在糖积累和代谢中发挥着重要作用，但磷如何调控糖积累、提高果实品质的机理尚未明晰。

2022年11月，Horticulture Research 在线发表了北京农学院果实发育与品质调控团队题为Vacuolar Phosphate Transporter1 (VPT1) may transport sugar in response to soluble sugar status of grape fruits 的研究论文，不仅证实液泡磷转运体VPT1除了具有保守的磷转运功能，还首次发现具有糖转运功能，且转运糖的功能取决于可溶性糖组成和含量。

该团队黄芸副教授的前期研究以果实成熟过程中积累蔗糖的草莓（Fragaria × ananassa Duchesne）为材料，鉴定了草莓液泡磷转运体FaVPT1，并发现其可促进草莓果实成熟及调控糖积累。本研究以主要积累葡萄糖和果糖、几乎不积累蔗糖的‘巨峰’葡萄（V. vinifera × V. labrusca cv. Kyoho）为研究材料，分离并鉴定了葡萄液泡磷转运体VvVPT1：即，以首次建立非离体的葡萄果实瞬时转化体系，证实其正调控葡萄果实己糖积累，并促进果实成熟。

通过磷/蔗糖/己糖转运缺陷酵母恢复生长实验，检测拟南芥、草莓和葡萄三种VPT1的转运功能，发现这三种VPT1蛋白具有保守的低亲和磷转运活性。出乎意料的是，在糖转运缺陷酵母中表达时，FaVPT1可转运蔗糖，VvVPT1转运葡萄糖和果糖，而AtVPT1则不能转运可溶性糖，这与果实类型及可溶性糖的状态有关（图1）：拟南芥为干果且不积累可溶性糖；葡萄和草莓属于肉质果（水果），前者积累单糖为主，后者积累蔗糖为主。此外，还发现VPT1蛋白的转运活性依赖于N端的磷感受区SPX（Syg1/Pho81/ XPR1）结构域。未来，本研究结论有待更多植物种类的果实进行验证。

图1 VPT1蛋白根据果实类型选择性转运可溶性糖和磷的工作模式图

综上所述，本研究以建立非离体的葡萄果实瞬时转化技术体系为基础，率先揭示液泡磷载体VPT1转运糖取决于果实类型及可溶性糖组成和含量。由于可溶性糖主要积累在果实液泡中，因此本研究以液泡磷转运体VPT1为研究切入点，解析磷调控果实糖积累的分子基础，研究意义重大。本研究将为果实品质改善、果树产业减肥增效及分子育种提供新的思路。

北京农学院已出站博士后白倩（现为北京林业大学讲师）、在站博士后陈雪雪和已毕业硕士研究生郑珍珍为论文的共同第一作者，黄芸副教授为论文的通讯作者。北京农学院的沈元月教授、硕士研究生冯晋婧、张艳君也参与了该项工作。本研究得到国家自然科学基金重点项目、青年基金（32030100；32102362）、北京市自然科学基金项目（6222004）、国家重点研发计划项目（2018YFD1000200）和北京农学院“火花行动计划”（BUA-HHXD2022005）等项目资助。

作者团队介绍

沈元月教授及黄芸副教授团队聚焦果实成熟及品质调控的机制研究，在Plant Biotechnology Journal、Plant Physiology、Plant Cell and Environment、Journal of Experimental Botany、Horticulture Research等主流期刊上发表论文10余篇。这些研究揭示了脱落酸和矿质营养元素调控非呼吸跃变型果实品质形成的分子机制。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhac260

转自：“园艺研究”微信公众号

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