10月5日，青岛农业大学园艺学院原永兵教授课题组在Horticulture Research（中科院1区Top期刊，IF 6.793） 在线发表了题为“An apple (Malus domestica) AP2/ERF transcription factor modulates carotenoid accumulation”的研究论文，初次揭示了苹果果实类胡萝卜素合成的分子调控网络，阐明了MdAP2-34调控苹果果实类胡萝卜素积累的分子调控机制。园艺学院原永兵教授、贾东杰博士为论文通讯作者，硕士研究生党庆媛为论文第一作者，王永章教授、聂继云教授、硕士研究生沙海云等也参与本研究。

苹果（Malus domestica Borkh.）营养丰富，经济价值高，是世界上主要栽培果树之一。类胡萝卜素是一类重要的植物色素，具有重要的生物学功能，在植物生长发育中发挥重要作用。另外，类胡萝卜素是决定果实内在营养品质的重要指标，也是影响外观品质和观赏价值的重要因素。类胡萝卜素在植物体内的生物合成受限速酶、结构基因和转录因子等多种因素的影响。然而，苹果果实类胡萝卜素合成的分子调控机制尚不清楚。

该研究通过对‘早生富士’(Beni Shogun) 和‘烟富3’(Yanfu3) 苹果3个不同发育时期的果实qRT-PCR分析，筛选出了与类胡萝卜素含量显著关联的转录调控因子MdAP2-34。‘早生富士’和‘烟富3’均是红富士苹果的芽变，成熟期‘早生富士’果肉呈黄橙色，类胡萝卜素含量显著高于‘烟富3’（图1）。

图1.‘早生富士’和‘烟富3’果实类胡萝卜素含量比较分析和MdAP2-34的筛选鉴定

本研究将MdAP2-34的超表达载体和干扰载体转化苹果愈伤组织和注射苹果果实，证实MdAP2-34正向调控类胡萝卜素的积累。研究发现：苹果果实中的主要类胡萝卜素成分是叶黄素、八氢番茄红素和β-胡萝卜素，MdAP2-34主要调控八氢番茄红素和β-胡萝卜素的积累，而不影响叶黄素的含量。并解析了MdAP2-34调控类胡萝卜素积累的通路：MdAP2-34通过增强类胡萝卜素代谢功能基因MdPSY2-1的启动子活性，促进果实类胡萝卜素的积累（图2）。

图2. MdAP2-34与MdPSY2-1启动子直接互作并促进MdPSY2-1基因表达

此外，在苹果愈伤组织中超表达MdPSY2-1能增加八氢番茄红素、β-胡萝卜素和总类胡萝卜素的含量。因此，MdAP2-34与MdPSY2-1启动子直接互作，增强MdPSY2-1的转录活性，促进类胡萝卜素的积累（图3）。

图3 MdAP2-34调控苹果果实类胡萝卜素积累的分子网络

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41438-021-00694-w