石家庄综合试验站

  葡萄果实成熟包括一系列复杂的生物过程，如有机酸的分解代谢，可溶性固形物、花青素及芳香物质的积累，果实软化过程等。同时，葡萄成熟过程需要多种激素共同参与调节，如脱落酸(ABA)、生长素(IAA)、油菜素内酯(BR)、乙烯等，葡萄属于典型的非呼吸跃变型果实，ABA在参与非呼吸跃变型果实的成熟与衰老过程中扮演重要角色，是触发葡萄果实成熟的关键激素。本文对近年来ABA调节葡萄果实成熟相关研究进展情况进行总结综述，以期为今后相关研究提供参考。

  1 葡萄ABA的合成与分解代谢

  植物体可通过合成-储存-分解一系列生物途径维持ABA在体内的平衡。目前，通过对ABA合成突变体的研究，探索出了ABA合成的基本过程。葡萄中ABA主要以类胡萝卜素途径(间接途径)在质体中合成。9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)催化了ABA生物合成的初始步骤，在该过程中NCED的活性对ABA合成起关键作用。研究表明，果实细胞内ABA的积累存在正反馈调节作用，猕猴桃AcNCED1受ABA的诱导表达，受ABA合成抑制剂的抑制表达。但在葡萄成熟初期果实中ABA的增加滞后于VvNCED表达，这一时段ABA的增加可能由于分解代谢的减少，或来源于叶片的运输，也可能来源于种子的合成，伴随着ABA的积累NCED开始增强表达，从而在果实成熟初期提高果实中ABA的积累。植物体内ABA能够以ABA-葡萄糖酯（ABA-GE）的非活性形式存储在液泡或质外体中，并可以通过葡萄糖苷酶（BG）的水解而重新释放，ATP结合盒式蛋白(ABC)可参与ABA的质膜运输。研究表明，可通过VvBG1的表达提升果实中ABA含量从而促进葡萄果实的成熟，Sun等人将葡萄糖苷酶(VvBG1)经原核诱导后，利用VvBG1-His重组蛋白处理的浆果中内源性ABA含量显著增加。Jia等人研究表明，VvBG1 异源转基因草莓的果实香气、花青素显著高于野生型，果实硬度显著低于野生型。在ABA的分解代谢过程中，ABA的降解是主要由ABA-8'-羟化酶（ABA8'OH）这一关键酶催化的。高水平的ABA会抑制种子萌发过程，拟南芥AtABA8'OH过表达株系缩短了萌发时间，相反，突变体延长了萌发时间。同样在葡萄休眠过程中，高水平的ABA会抑制萌芽，而单氰胺的处理可提升ABA8'OH的表达，降低ABA含量，从而促进休眠的解除。

  2 葡萄ABA信号识别与转导

  ABA在发挥调控功能时，首先被其受体所识别，进而触发下游信号。研究表明ABA具有多种类型的信号识别受体，其中对ABA识别受体PYR/PYL/RCAR家族的研究较为深入。当PYR/PYL/RCAR识别ABA信号后，其构象发生改变，从而得以活化，而活化的受体可与PP2C相结合。PP2C本身在低浓度的ABA环境中，可以去磷酸化SnRK2中的一丝氨酸残基，致使SnRK2丧失激酶活性。但在较高浓度的ABA环境中，PP2C可被构象发生改变的PYR/PYL/RCAR受体蛋白结合，从而丧失对SnRK2的去磷酸化作用，致使SnRK2恢复激酶活性，被激活的SnRK2通过对下游AREB/ABF的结合并磷酸化，提高对ABA信号的级联反应。

  目前葡萄中共鉴定出了8个RCAR，其中有4个RCAR受ABA的诱导表达。Gao等人研究表明，随着巨峰葡萄的成熟，作为ABA受体VlPYL1的转录水平明显上调，将VlPYL1瞬时过表达于葡萄果皮中后，可提高其他响应ABA信号基因的转录水平。葡萄中共鉴定出9个VvPP2C，在叶片中6个VvPP2C受ABA的诱导表达，果实中5个VvPP2C在葡萄进入转色期后上调表达。Boneh等人通过与模式植物的比对，从葡萄中筛选到6个在N端包含激酶结构域，C端包含SnRK2-specific box的SnRK2蛋白，并且利用酵母双杂交实验证明VvSnRK2.6与VvPP2C，VvSnRK2.2 与 VvABF2，VvSnRK2.5 与 VvABF1 存在强烈的相互作用。AREB/ABF是一类响应ABA信号的转录因子，具有亮氨酸拉链结构DNA结合结构域，可以结合响应ABA信号的元件(T/CACGTGGC)并启动转录，调控下游相关基因，该蛋白家族在ABA信号通路中发挥重要作用。Nicolas研究表明葡萄果实中VvABF2在成熟阶段和外源ABA处理过程中表达量显著上调，且通过RNA-seq分析表明VvABF2过表达转基因葡萄细胞放大了响应ABA信号蛋白的转录水平。Stefania筛选到两个启动子中富含多个ABRE元件的基因VvMYB143和VvNAC17，其中VvNAC17的表达可被VvABF2激活[1]。近年来对ABA信号通路的研究在逐渐完善，Wang研究表明，ABFs可以结合A类PP2C的启动子，介导外源ABA对PP2C的诱导表达，进而实现对ABA信号的负反馈调节。此外，还有其他类型的ABA受体如叶绿体镁离子螯合酶的H亚基ABAR/CHLH，蛋白激酶ACPK等可参与ABA的信号转导过程。

  3 ABA调控葡萄果实的成熟过程

  葡萄的成熟涉及到糖分、花青素、芳香物质的积累及果实的软化等多种生理代谢过程，该过程决定了葡萄的最终品质。葡萄属于非呼吸跃变型果实，ABA在调节葡萄着色、糖分积累及果实软化等成熟过程中发挥关键作用。葡萄果实ABA含量一般在果实成熟初期达极值。有研究表明，在赤霞珠花后20d，果实中ABA含量达到峰值，随着果实进入膨大期而降低，直到进入转色期再次上升，至转色中期达最大值，随果实成熟而逐渐降低。Zhang等人研究表明，ABA在先锋葡萄果实进入成熟期后开始积累，直到采收前20天达峰值。Xu等人通过两年的研究表明，在摩尔多瓦进入花后60d果实ABA含量逐渐增加直到花后86d-94d达极值后开始下降。

  果实发育过程中，ABA可加速植物韧皮部光合产物的卸载过程。研究表明，外源ABA处理可提高苹果果肉液泡中糖分的积累，葡萄果实转色初期ABA处理可提高果实可溶性固形物含量。但Kazuya指出在成熟过程中施加外源ABA，会加速葡萄的成熟过程，但不影响最终可溶性固形物含量。而在模式植物拟南芥中研究表明，糖和ABA信号在糖不敏与超敏感突变体中具有密切的联系，许多糖信号中的突变体同时也是ABA敏感或不敏感突变体。并且，ABA和糖在果实发育过程中部分信号通路交织在一起，如葡萄中参与糖分积累的已糖转运蛋白（VvHT1）与诱导果实成熟的ABA-胁迫-成熟诱导蛋白（VvMSA）可同时受糖及ABA信号调控，草莓中，蔗糖可提高FaNCED1的表达，葡萄糖提高FaBG1的表达，从而促进ABA的合成与ABA-GE的分解。由于果实成熟的复杂性以及ABA和糖信号在这一过程中潜在作用，基于以上结果，可以推测果实成熟过程可能存在多种受ABA和糖信号影响的信号通路。

  花青素决定了葡萄果皮颜色，在葡萄果实中主要由苯丙氨酸经过一系列生物过程合成花青素，其中涉及到许多受ABA调节的关键酶类。在葡萄中，将ABA受体VlPYL1瞬时过表达于葡萄果皮后可明显增加果皮中花青素的积累。研究表明，葡萄内源ABA的积累可明显上调黄酮醇还原酶（VvDFR）、无色花青素双加氧酶（VvLDOX）、酮糖基转移酶(VvUFGT)及VvUFGT正调控因子VvMybA1的表达。Renata等人在葡萄进入转色期后，对葡萄果实施加外源ABA处理后，可明显提升果皮中花青素含量，并可显著提高类黄酮代谢途径中关键酶的表达，如VvCHI、VvDFR、VvF3’H、VvDFR、VvUFGT、VvMYBA1 和 VvMYBA2。由于ABA还可响应多种非生物胁迫，且花青素除了给予葡萄果皮颜色外，还可以发挥抗氧化功能，所以在一些非生物胁迫条件下，植物可以通过增加花青素的积累与体内其他物质一同发挥抵抗胁迫的作用。但有报道指出ABA并不是参与葡萄花青素的积累必要条件。研究表明，低温处理的葡萄果实可在不增加内源ABA合成前提下，提高葡萄中花青素含量。在葡萄成熟过程中，相同ABA浓度条件下，避光生长果实中花青素含量低于不避光的果实。

  除此之外，ABA还可参与果实的软化过程。细胞壁结构与成分影响着果实的软化，而果实细胞壁主要是由纤维素与嵌入在果胶网中的木聚糖和糖蛋白组成，水解酶和转糖基酶在果实软化过程中发挥重要作用，如多聚半乳糖醛酸酶（PG）、果胶甲基酯酶（PME）、内切-β-1,4-葡聚糖酶等。Simone研究表明，葡萄果实软化过程与ABA积累过程趋势一致。有报道指出，无论是内源的积累还是外源ABA的施加都可以提高VvPG1的表达。番茄SlNCED1的干涉株系，呈现硬度增加表型，涉及果胶代谢的SlPG、SlPG-b、SlPMEU1、SlPE显著下调表达。此外，在VvABF2异源转基因番茄株系中果实硬度明显低于野生型。

  4 展望

  ABA在促进葡萄的成熟过程中发挥着重要作用，许多葡萄栽培管理人员已经将ABA运用到实际生产过程中。但目前为止，由于葡萄成熟的复杂性及ABA作用的多样性，使得ABA调控葡萄成熟的详细机制仍不清楚，如葡萄转色初期如何打破ABA信号平衡，从而增加ABA的积累，在果实成熟后期又是什么原因导致ABA的逐渐降解，ABA具体通过什么途径来增强或减弱果实成熟相关基因的表达或沉默等一系列问题。这需要借鉴其他模式植物的研究。同时，由于葡萄成熟的复杂性，可以通过转录组学、蛋白组学、代谢组学结合其他生物学实验技术对这一过程中进行研究。