《Plant Physiology and Biochemistry》：VlWRKY71 mediates MeJA-induced terpene biosynthesis for aroma enhancement during grape berry ripening
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为解决外源茉莉酸甲酯(MeJA)加速非呼吸跃变型葡萄成熟、提升其芳香品质的分子机制尚不明确的问题，研究人员以‘着色香’葡萄为材料，开展了激素调控成熟与香气形成的研究。结果发现，MeJA处理通过触发JA-Ile瞬时尖峰并驱动持续ABA累积来加速成熟，并通过转录因子VlWRKY71直接结合并激活萜烯关键基因VlDXS1的启动子，从而上调MEP途径，促进单萜等香气物质积累，揭示了MeJA信号转导与萜烯代谢网络间的调控新链接，为香气品质育种提供了潜在靶点。
葡萄以其诱人的风味深受喜爱，其香气主要由萜烯、C13-降异戊二烯等挥发性有机物构成，特别是在“玫瑰香”等芳香型鲜食葡萄中，花香与果香是其灵魂所在。然而，在实际生产中，种植者常常面临一个两难困境：为了追求糖分积累和提早上市而采取的栽培措施（如亏缺灌溉），可能会以牺牲芳香物质含量为代价，导致葡萄“风味不浓”，糖分和香气质量难以同步提升。那么，有没有一种方法能够“两全其美”，既能加速葡萄成熟，又能显著提升其芳香品质呢？茉莉酸甲酯(MeJA)这种植物生长调节物质展现出巨大潜力，它在多种果实中被证实可加速成熟并诱导次生代谢产物积累，但其在非呼吸跃变型葡萄中如何发挥作用，其背后的精细分子调控网络仍是未解之谜。由沈阳农业大学郭银山、林洪等人领导的团队，在著名期刊《Plant Physiology and Biochemistry》上发表的研究，为这一谜题提供了关键答案，揭示了转录因子VlWRKY71是连接MeJA信号感知与萜烯生物合成的核心枢纽。
为了探索这些科学问题，研究人员开展了一系列严谨的实验。核心研究材料是我国北方广泛栽培的芳香型鲜食葡萄‘着色香’(Vitis viniferaL. × V. labruscanaBailey)。在转色前（开花后50天），对葡萄果穗进行MeJA溶液浸蘸处理，并设置清水对照组。研究团队在多个发育阶段（开花后50、80、100、120天）系统采集样本，进行了跨组学、多层次的分析。关键技术方法包括：利用转录组测序(RNA-Seq)和加权基因共表达网络分析(WGCNA)挖掘关键调控基因；通过液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)和气相色谱-质谱联用(GC-MS)分别精确测定内源激素（如ABA, JA-Ile）和挥发性香气成分（如单萜）的丰度；采用酵母单杂交(Y1H)、双荧光素酶报告基因、GUS反式激活等分子生物学实验验证转录因子与靶基因启动子的直接互作；在葡萄愈伤组织和果实中分别进行稳定的转基因和瞬时过表达/沉默，在体内验证基因功能。
研究结果
3.1. Effects of MeJA treatment on berry ripening and physiological indices
MeJA处理显著加速了葡萄果实的成熟进程。经处理的果实在转色期比对照组更早呈现颜色变化，可溶性固形物含量在成熟时显著更高，而可滴定酸含量则更低，表明糖酸比更优。花青素含量在成熟阶段也显著高于对照。激素动态分析揭示了一个关键模式：MeJA在转色期触发了一个短暂而强烈的茉莉酸-异亮氨酸(JA-Ile)浓度峰值，随后，内源脱落酸(ABA)水平持续上升并维持在较高水平。这提示，外源MeJA可能通过引发一个瞬时的JA信号尖峰，进而驱动了后续的ABA依赖性成熟程序。
3.2. Sensory evaluation of MeJA-treated grapes
感官评价证实，经MeJA处理的葡萄在香气强度、风味复杂度以及甜酸平衡度上均获得了比对照组更高的评分，花香和果香等令人愉悦的风味特征显著增强。
3.3. MeJA treatment modulates aroma compound profiles
香气成分分析是本研究的一大亮点。GC-MS（气相色谱-质谱联用）检测到38种挥发性化合物，主成分分析(PCA)清楚地将不同处理和发育阶段的样品区分开。关键发现是，MeJA处理显著上调了多种单萜类香气物质，特别是芳樟醇、α-松油醇和香叶醇。例如，成熟处理组果实的芳樟醇含量是对照组的近8倍。这表明MeJA能特异性地重塑葡萄的香气谱，向着更浓郁的花果香型转变。
3.4. Transcriptomic profiling reveals MeJA-induced gene expression changes
转录组分析显示，MeJA处理在转色期和成熟期诱导了大量基因的表达变化。其中，与萜烯生物合成相关的关键结构基因，如VlDXS1（1-脱氧木酮糖-5-磷酸合酶1）、VlTPS10（萜烯合酶10）等被显著上调。同时，多个转录因子基因，尤其是VlWRKY71，其表达模式与VlDXS1高度同步，提示了潜在的调控关系。
3.5. WGCNA identifies VlWRKY71 as a hub regulator linking hormone signaling to biosynthesis
为了在复杂的基因网络中找出枢纽调控因子，研究者进行了WGCNA分析。结果显示，VlWRKY71被锁定为一个与内源激素（JA和ABA）水平高度相关的核心基因。进一步分析发现，VlWRKY71的表达不仅与萜烯合成基因VlDXS1显著正相关，也与JA生物合成基因VlLOX1和VlOPR3的表达紧密关联，暗示其可能参与一个JA信号的正反馈回路。
3.6. Functional characterization of VlWRKY71 in vivo
功能验证实验提供了最直接的证据。在葡萄愈伤组织中稳定过表达VlWRKY71，可显著提高总萜烯含量。在‘阳光玫瑰’葡萄果实中进行瞬时过表达，同样能上调靶基因并促进关键单萜（芳樟醇、香叶醇）积累；反之，瞬时沉默该基因则导致这些香气物质含量下降。
3.7. VlWRKY71 directly binds to and activates the VlDXS1promoter
机制研究最终揭示了VlWRKY71的作用方式。亚细胞定位显示其定位于细胞核。酵母单杂交、双荧光素酶报告基因和GUS反式激活实验一致证实，VlWRKY71能够直接结合到VlDXS1启动子区的W-box顺式作用元件上，并强烈激活其转录活性。
研究结论与重要意义
本研究系统阐释了外源茉莉酸甲酯提升鲜食葡萄‘着色香’芳香品质的生理与分子机制。结论可归纳为三点：首先，MeJA处理通过启动一个“JA-Ile瞬时尖峰驱动ABA持续累积”的级联激素反应，有效加速了葡萄果实的成熟进程，改善了糖酸平衡与色泽。其次，更重要的是，MeJA能特异性、显著地促进以单萜（如芳樟醇）为代表的花果香型香气物质的生物合成，从而实质性提升果实的感官品质。最后，也是最核心的发现，研究鉴定并证实了转录因子VlWRKY71在此过程中的枢纽角色。VlWRKY71作为MeJA信号的关键响应因子，能够直接结合并激活萜烯生物合成MEP（甲基赤藓糖醇磷酸）途径的限速酶基因VlDXS1的启动子，从而充当了连接上游激素信号与下游香气代谢通路的“分子开关”。
这项研究的意义深远。在理论上，它首次在葡萄中解析了从外源MeJA信号感知，到特定转录因子激活，再到精确调控萜烯合成结构基因的完整信号转导链条，特别是明确了VlWRKY71-VlDXS1这一核心调控模块，为理解非呼吸跃变型果实香气形成的激素调控网络提供了全新视角。在应用层面，该研究不仅验证了MeJA作为一种环保、高效的植物生长调节剂在同步提升葡萄外观与内在风味品质上的巨大潜力，为绿色优质栽培提供了新策略；更重要的是，VlWRKY71作为关键的正向调控因子，为通过分子标记辅助选择或基因工程手段定向改良葡萄、乃至其他果实香气品质的分子育种，提供了一个极具价值的候选靶点。
