揭开甜瓜果肉质地背后的分子机制

果实软化是成熟的一个显著特征，但控制果实质地的分子过程仍未完全了解。

　　

果实软化是成熟过程中的一个重要特征，但控制果实质地的分子机制仍未完全阐明。本研究揭示了甜瓜中一条将转录调控与细胞壁化学联系起来的调控通路。研究人员发现，果胶甲基转移酶活性的增强会改变细胞壁主要多糖——同型半乳糖醛酸的甲基酯化模式。这种生化变化会降低细胞壁内钙介导的交联，使果胶更容易被降解酶降解，从而加速组织软化。通过鉴定激活该通路的转录因子，本研究从机制上解释了基因调控如何直接重塑细胞壁结构和果实质地。

果实质地是影响消费者偏好、货架期和采后品质的关键因素，尤其对于甜瓜等呼吸跃变型水果而言更是如此。成熟过程中果实的软化主要由细胞壁的重塑驱动，其中果胶发挥着核心的结构作用。同型半乳糖醛酸聚糖可以形成刚性的钙连接“蛋盒”网络，也可以保持松散的结合状态，这取决于其甲基酯化程度。虽然参与果胶降解的酶已被广泛研究，但人们对果实发育过程中转录水平上甲基酯化的调控机制知之甚少。鉴于这些挑战，亟需研究基因调控网络如何控制果胶修饰和果实软化。沈阳农业大学的研究人员在《园艺研究》（Horticulture Research）杂志2025年发表论文（DOI：10.1093/hr/uhaf253）

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，报道了一种控制甜瓜果实软化的新型分子机制。该研究发现转录因子CmbZIP11是果实成熟过程中激活果胶甲基转移酶基因的关键调控因子。通过调节细胞壁中同型半乳糖醛酸的甲基酯化，该调控通路改变了果胶结构，减少了钙交联，并加速了组织软化。这些发现为转录调控如何转化为果实质地的物理变化提供了新的见解。
研究人员利用比较转录组学和加权基因共表达网络分析，鉴定出*CmPMT1*和*CmPMT15*是与同型半乳糖醛酸甲基酯化呈正相关的核心基因。瞬时过表达实验表明，这些基因的高表达显著降低了果实成熟过程中的硬度，而高尔基体SAM转运蛋白*CmGoSAMT1*的过表达对果实质地影响甚微。
生化分析显示，果胶甲基转移酶活性的增加导致钙结合果胶组分减少，水溶性果胶组分增加，表明细胞壁中的“蛋盒”结构减弱。免疫荧光和钌红染色证实了紧密交联的同型半乳糖醛酸减少，使果胶更容易被酶降解。
结构模型进一步表明，CmPMT1和CmPMT15具有保守的催化口袋，能够同时结合甲基供体S-腺苷-L-蛋氨酸和同型半乳糖醛酸链，支持它们在果胶甲基化组装中的作用。重要的是，转录因子 CmbZIP11 被证明通过与启动子中的 C-box 基序结合来直接激活*CmPMT1*，这使得 CmbZIP11 成为上游调节因子，将转录控制与细胞壁重塑和果实软化联系起来。

“果实软化常被描述为一个生化黑匣子，”该研究的通讯作者说道。“我们的研究表明，果实软化可以追溯到一个清晰的转录开关，该开关控制着果胶在细胞壁中的组装方式。CmbZIP11通过调控果胶甲基转移酶基因，决定了同型半乳糖醛酸是形成刚性的钙网络还是保持易于降解的状态。这为果实成熟过程中质地的变化提供了分子层面的解释。”了解转录因子如何控制果胶结构为精准水果育种开辟了新的机遇。靶向*CmbZIP11*

等调控因子，可以让育种者在不广泛干扰成熟过程的情况下，微调果实硬度。这种策略可能有助于培育出质地更佳、货架期更长、采后抗性更强的甜瓜品种。除了甜瓜之外，果胶甲基酯化的保守性表明，类似的调控机制可能也存在于其他肉质水果中。因此，这些发现为调控细胞壁化学成分以平衡果实品质、运输性和消费者偏好提供了一个概念框架。