近日，重点实验室陆旺金教授和陈建业教授团队在Cell子刊Cell Reports在线发表了题为“Banana MKK1 modulates fruit ripening via the MKK1-MPK6-3/11-4-bZIP21 module”的研究论文，揭示了一条调控香蕉果实成熟的MKK1-MPK6-3/11-4-bZIP21的新通路，为深入理解香蕉果实成熟调控网络提供了崭新视角。
香蕉是世界四大水果之一，在全球热带和亚热带地区广泛种植，我国是世界第二大香蕉生产大国，香蕉产业为数百万人口提供就业岗位，在热区精准扶贫和乡村振兴作出重要贡献。香蕉采收之后需要经过商品化处理及物流措施运输到销售地进行鲜果销售，但是保鲜难和损耗大成为制约香蕉产业高质量发展的瓶颈之一。果实成熟与果品商品性和采后损失密切相关，因此，深入研究果实成熟的分子机制对于保持最佳商品性状和减损增效具有重要意义。果实成熟受到转录、表观遗传和蛋白质翻译后修饰等多层次的精细调控。蛋白质磷酸化是最重要和最普遍的翻译后修饰之一，在信号转导过程中发挥重要的调控作用；其中，MKKK、MKK和MPK组成的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联在多种植物生理过程中发挥不可或缺的作用。课题组前期证实MPK6-3介导了转录因子bZIP21的磷酸化修饰，进而调节了香蕉果实的成熟过程（Wu et al., 2022, Plant Physiology），然而，激活MPK的上游因子及其调控香蕉果实成熟机制仍然未知。
通过分析香蕉全基因组MKK成员，发现MaMKK1在香蕉果实成熟中显著上调表达，推测MaMKK1可能在香蕉果实成熟中发挥重要作用。分别在香蕉果实中瞬时过表达或沉默MaMKK1可加速或抑制果实成熟，并上调或降低MPK磷酸化水平。蛋白质互作和体外磷酸化等实验证实MaMKK1与MaMPK6-3/11-4相互作用，并在pTEpY位点磷酸化MaMPK6-3/11-4。进一步研究发现，MaMPK11-4在S166和S436处磷酸化MabZIP21，并提高其转录激活能力，而瞬时过表达模拟磷酸化的MabZIP21可显著促进香蕉果实成熟。值得注意的是，MaMKK1不与MabZIP21互作，但MaMKK1瞬时过表达或沉默升高或降低了MabZIP21磷酸化水平，这可能与MaMKK1增强了MaMPK6-3/11-4对MabZIP21相互作用和磷酸化有关。在番茄果实中过表达MaMKK1、MaMPK6-3、MaMPK11-4或MabZIP21可以加速果实成熟，证实了它们在果实成熟中的促进作用。此外，MabZIP21通过激活MaMKK1、MaMPK6-3/11-4及其自身的转录，进一步扩大了该信号通路的作用效应（图1）。以上结果从信号转导层面全面解析了MaMKK1-MaMPK6-3/11-4-MabZIP21信号级联通路调控香蕉果实成熟的分子机制，拓展了果实成熟的分子调控网络，为生产实践中研发合理的果品贮藏物流技术提供新的理论支撑。
图1 MKK1-MPK6-3/11-4-bZIP21通路调控香蕉果实成熟的分子机理
重点实验室博士后吴超杰为论文第一作者，邝健飞研究员和陆旺金教授为通讯作者，重庆大学邓伟教授和中国科学院华南植物园刘勋成研究员团队为本研究提供了大力支持。