《Plant Physiology and Biochemistry》：Functional characterization reveals
MiNAC25 and
MiSGR1 as key regulators of chlorophyll degradation in mango
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本研究针对芒果果实成熟过程中叶绿素降解转录调控机制不清的科学问题，通过整合代谢组与转录组分析，发现叶绿素代谢途径是果皮颜色分化的关键通路。研究人员利用WGCNA筛选到NAC家族转录因子MiNAC25与叶绿素降解关键基因MiSGR1构成核心调控模块，并通过异源过表达实验验证二者均可加速叶绿素降解并上调内源降解基因表达。该研究首次揭示MiNAC25可能通过调控MiSGR1介导叶绿素降解网络，为果实色泽改良提供了新靶点。
芒果成熟时果皮由绿转黄或红的色泽变化是影响商品价值的重要农艺性状，其本质是叶绿素降解与类胡萝卜素积累的协同调控结果。然而，叶绿素降解的转录调控网络在芒果中仍不明确。尤其值得注意的是，不同品种间存在显著差异，例如“桂热82”品种果皮持久保持绿色，而其亲本“尼勒姆”则呈现典型黄化现象，这为解析色泽形成的分子机制提供了天然对比系统。传统研究多将叶绿素降解视为色素合成或光应激途径的次级过程，但该模型难以解释色泽形成中降解与合成解偶联的现象。因此，是否存在一个独立的、发育程序性转录网络直接调控叶绿素降解，成为领域内亟待解决的关键科学问题。
为回答这一问题，研究团队选取“尼勒姆”和“桂热82”这一对具有显著色泽差异的品种，开展多组学整合分析。通过代谢组与转录组数据关联，意外发现类胡萝卜素合成通路并未显著富集，而叶绿素代谢成为最关键的差异调控通路。这一发现促使研究者提出新假说：品种间色泽差异主要受叶绿素降解程序的转录调控差异所主导。
为解析该降解程序的核心调控因子，研究采用加权基因共表达网络分析，从与叶绿素含量最负相关的模块中筛选出7个叶绿素代谢关键结构基因及其共表达转录因子。网络分析显示，NAC家族转录因子MiNAC25是该模块的枢纽基因，而叶绿素降解关键基因MiSGR1与其存在强共表达关系。启动子分析发现MiSGR1启动子区存在多个NAC结合位点，提示MiNAC25可能直接调控MiSGR1表达。
功能验证实验中，亚细胞定位证实MiNAC25定位于细胞核，MiSGR1定位于叶绿体，符合其各自功能预期。在番茄中异源过表达MiNAC25或MiSGR1均能显著加速叶绿素降解，并上调内源叶绿素降解基因（SlPPH、SlPAO、SlRCCR）表达。尤为重要的是，MiNAC25过表达还能激活番茄SGR同源基因，进一步支持其转录调控功能。相关性分析显示，芒果果皮发育过程中MiNAC25与MiSGR1表达呈显著正相关，强化了二者在生理条件下的协同调控关系。
主要技术方法
研究以“尼勒姆”和“桂热82”芒果果实为材料（样本来自广西百色果园），于盛花后56、86、120天采集果皮。采用LC-MS/MS非靶向代谢组学和转录组测序进行多组学分析，通过WGCNA构建共表达网络筛选关键模块。利用农杆菌介导的瞬时转化在本氏烟中进行亚细胞定位，并通过番茄异源过验证基因功能。色素含量通过分光光度法测定，基因表达通过qPCR验证。
3.1 果皮色素积累的时空与品种间动态
“桂热82”果皮在整个发育过程中保持绿色，叶绿素含量始终显著高于“尼勒姆”，而类胡萝卜素含量较低，导致叶绿素/类胡萝卜素比值显著偏高。CIELAB色度参数分析显示“尼勒姆”的b*值（黄蓝色轴）在成熟期显著升高，证实其黄化表型。
3.2 整合多组学分析独特指向叶绿素代谢途径
转录组与代谢组关联分析中，与色泽分化相关的比较组共同富集到9条通路，其中卟啉代谢（叶绿素合成核心通路）显著富集，而类胡萝卜素相关通路未一致富集，表明叶绿素代谢是色泽分化的主要调控靶点。
3.3 WGCNA鉴定与色素积累关键相关的模块
WGCNA将26,345个基因划分为23个模块，其中MEdarkgreen模块与叶绿素含量呈显著负相关，且富含叶绿素代谢通路基因，被选为关键模块。
3.4 关键模块内候选基因筛选与互作网络构建
从MEdarkgreen模块筛选出CAO、POR、SGR1等7个叶绿素代谢候选基因，同时鉴定出30个转录因子家族。家族水平共表达网络显示NAC家族与候选基因连接权重最高。
3.5 核心NAC转录因子作为网络枢纽的鉴定
在8个NAC成员中，MiNAC25的最大团中心性评分显著高于其他成员，网络拓扑位置居中且直接连接多个候选基因，被确定为叶绿素代谢网络的核心转录调控因子。
3.6 通过qPCR验证表达优先确定关键候选基因与转录因子
qPCR验证显示MiNAC25和MiSGR1在三个与色泽分化相关的比较中均一致上调表达，表明二者是叶绿素降解的关键调控因子。
3.7 关键候选基因的亚细胞定位
MiNAC25定位于细胞核，MiSGR1定位于叶绿体，符合其转录因子和叶绿体蛋白的功能定位。
3.8 番茄异源过表达验证叶绿素降解的调控功能
异源过表达MiNAC25或MiSGR1均导致番茄果实叶绿素含量显著降低，并上调内源叶绿素降解基因表达，证实二者在叶绿素降解中的促进作用。
3.9 MiNAC25可能通过激活MiSGR1表达调控叶绿素降解
MiSGR1启动子存在NAC结合位点，两者表达显著正相关，且MiNAC25过表达激活番茄SGR同源基因，支持MiNAC25可能通过调控MiSGR1介导叶绿素降解的假设。
本研究通过多组学整合与功能验证，首次将芒果果实色泽差异的机制聚焦于叶绿素降解转录调控程序，而非传统认知的色素合成途径。研究发现并验证了MiNAC25-MiSGR1这一新型调控模块在叶绿素降解中的核心作用，其中MiNAC25作为枢纽转录因子可能直接调控MiSGR1等降解基因表达。该研究将芒果果皮褪绿重新定义为受特定转录网络主动调控的发育过程，而非被动伴随事件，为理解果实色泽形成的分子基础提供了新框架。所鉴定的MiNAC25和MiSGR1基因为芒果色泽改良提供了重要靶点，对果实品质育种具有战略意义。未来需通过DNA结合实验进一步验证MiNAC25的直接靶基因，完整解析该调控网络。论文发表于《Plant Physiology and Biochemistry》。
