近日，我院李正国教授/成玉林教授课题组在《自然—植物》（Nature Plants）上发表题为“Tomato ripening regulator SlSAD8disturbs nuclear gene transcription and chloroplast-associated protein degradation”的研究论文，揭示了果实成熟中的“一石二鸟”调控机制。研究发现，番茄成熟调控因子SlSAD8通过双重作用扰动核基因转录与叶绿体蛋白降解，负调控果实成熟起始和质体转换。重庆大学为唯一通讯单位。
果实成熟是一个复杂而有序的生理过程，需要植物激素的参与和基因表达的精准调控。番茄是全球重要的园艺作物，也是研究果实成熟的模式植物。已有研究表明，核基因转录是果实成熟调控的核心环节，不同家族的转录因子通过调控这一过程，进而操纵乙烯等激素相关基因的表达。叶绿体转化为负责积累类胡萝卜素的有色体是果实成熟的重要环节，这一转化导致果实外观颜色发生变化。然而，目前对果实成熟过程中质体转化的分子调控机制了解甚少。
在本研究中，作者鉴定到一个非典型的硬脂酰-ACP脱饱和酶（SAD）蛋白SlSAD8，它具有质体与细胞核双重定位。SlSAD8基因在番茄果实成熟阶段高量表达，通过基因敲除和转基因过表达等实验证实其在果实成熟起始和质体转换中发挥重要的负调控作用。进一步的机制研究表明，SlSAD8同时靶向核基因转录和叶绿体蛋白降解。在细胞核内，SlSAD8与果实成熟起始转录因子SlNAM1互作，干扰后者对乙烯合成基因SlASC2/SlACS4的转录激活。E3连接酶SP1介导的Chloroplast-Associated Protein Degradation（CHLORAD）是一种新发现的叶绿体蛋白降解途径，它通过促进叶绿体蛋白降解来调控番茄果实成熟过程中的质体转化。本研究发现，SlSAD8通过与调控质体转化的E3连接酶SlSP1互作，以干扰CHLORAD途径，从而抑制叶绿体蛋白降解和质体转化。
SlSAD8调控番茄果实成熟的分子机制图
综上，本研究揭示了一个通过靶向不同亚细胞区室来调控基因表达的果实成熟调控因子。这一发现为解析果实成熟的复杂调控网络提供了新的理论框架，也为通过遗传手段精准调控果实成熟速率、改善果实品质和耐贮性等提供了潜在靶点。本研究依托植物激素调控与分子育种重庆市重点实验室、前沿院植物功能基因组与合成生物学中心、重庆大学分析测试中心等平台完成，得到了“十四五”国家重点研发计划、国家自然科学基金重点和面上项目、重庆市青年拔尖人才项目、中央高校基本科研业务费等项目的资助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41477-025-02134-2
