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HPJ｜南京农业大学王晨教授团队：VvHB04/19通过多通路延迟葡萄浆果成熟，并介导VvPG5抑制果实软化
发布时间：
2026-06-27
来源：
晁瑞强、罗林佳 Horticultural Plant Journal
Horticultural Plant Journal
近日，Horticultural Plant Journal在线发表了南京农业大学园艺学院王晨教授团队题为“VvHB04/19 delays grape berry ripening via a multi-pathway network and inhibits softening by repressing VvPG5 （VvHB04/19通过多通路延迟葡萄浆果成熟，并介导VvPG5抑制果实软化）”的研究论文。
研究背景
葡萄作为全球商业化程度最高的浆果类水果，其果实的成熟度直接决定了果品的品质与市场价值。已有研究表明，HB（Homeobox）转录因子家族通过调控乙烯信号通路影响果实成熟过程。然而，目前HB家族在葡萄果实成熟调控网络中的作用尚不明确，尤其是在“果实软化”这一成熟关键环节中，HB因子所介导的分子调控网络及其具体机制仍有待深入阐明。
研究问题
葡萄作为一种典型的非呼吸跃变型浆果，其果实成熟的精确调控直接关系到采后品质与货架寿命。尽管HB转录因子家族在调控果实成熟中发挥重要作用，但其在葡萄中的全基因组特征、核心调控成员及其介导果实成熟软化的分子机制仍不清楚。基于此，本研究阐释了下述问题：（1）葡萄基因组中HB转录因子家族在果实成熟过程中表达图谱及特异性如何？（2）哪些成员是调控果实成熟的关键转录因子？（3）VvHB转录因子介导葡萄果实成熟的分子调控网络如何？（4）VvHB介导果实软化驱动其成熟过程的分子机制？系统解析这些问题可为精准调控果实成熟时间、改善果实品质及延长货架期提供理论依据与候选基因资源。
研究结果
（1）从葡萄基因组中鉴定出56个VvHB转录因子，多数成员在不同组织中呈现特异性表达。其中，VvHB04在幼花及坐果后的果实中高表达，VvHB19在膨大芽、根、花粉及多种果实形成组织中均维持较高水平，提示二者可能参与葡萄早期生长、生殖发育及坐果过程。在果实发育成熟阶段，多数VvHB基因表达水平整体较低且无明显波动，而VvHB04与VvHB19的表达量则持续下降，暗示其对葡萄果实成熟过程可能具有负调控作用（Fig. 5；Fig .6）。
Fig. 5 Spatiotemporal/tissue-specific expression patterns of the VvHB genes in grapes
Fig. 6 Various changes during the ripening period of grape berry
（2）以‘WK’葡萄品种为材料，克隆获得长度为858 bp的VvHB04与1 008 bp的VvHB19基因序列。两者编码的蛋白均含有一个典型的Homeodomain结构域。同源性分析显示，VvHB04与番茄SlHB04亲缘关系较近，而VvHB19与拟南芥AtHB6序列相似度较高。亚细胞定位实验表明，VvHB04-GFP与VvHB19-GFP融合蛋白均定位于细胞核（Fig. 7），符合转录因子的典型特征。
Fig. 7 Identification and characterization of VvHB04 and VvHB19
（3）在葡萄果实中瞬时过表达VvHB04或VvHB19后，果实硬度的降低幅度显著减小。细胞壁降解相关基因中，VvPG5与VvPG11的表达均受到明显抑制；而VvPME19仅在VvHB19过表达果实中呈现极低表达水平。乙烯合成相关基因（VvACO1、VvACO2、VvACS2、VvACS4）以及果实成熟核心调控因子VvRIN的表达在VvHB04-OE与VvHB19-OE果实中均呈被抑制趋势；相比之下，另外两个成熟相关因子VvNOR与VvCNR的表达仅略有下降。上述结果表明，VvHB04与VvHB19可通过介导细胞壁降解及乙烯合成代谢，共同调控葡萄果实成熟过程（Fig. 8）。此外，在番茄中瞬时过表达VvHB04或VvHB19同样延缓了番茄果实的成熟过程。分子水平上，番茄中的细胞壁降解基因（SlPG2a、SlPL）、乙烯合成基因（SlACO1、SlACO6、SlACS4）以及类胡萝卜素合成基因（SlPSY1、SlPDS、Slβ-CYC）的表达均被显著抑制（Fig. 9）。上述结果表明，VvHB04与VvHB19可通过介导细胞壁降解、乙烯合成及类胡萝卜素代谢等多条通路，跨物种调控果实成熟过程。
Fig. 8 Functional validation of VvHB04 and VvHB19 genes in grapes
Fig. 9 Functional validation of VvHB04 and VvHB19 genes in tomatoes
（4）鉴于VvPG5在VvHB04和VvHB19过表达果实中均受到显著抑制，本研究进一步探究其是否为二者的直接靶基因。酵母单杂交（Y1H）、双荧光素酶报告实验（DLR）及电泳迁移率变动分析（EMSA）结果一致表明，VvHB04与VvHB19均能直接结合VvPG5启动子并抑制其转录活性（Fig. 10）。由此说明，VvHB04和VvHB19通过直接抑制下游靶基因VvPG5的表达，削弱果实软化程度，进而发挥延缓葡萄果实成熟的重要作用。
Fig. 10 VvHB04 and VvHB19 directly combine with the VvPG5 promoter
（5）本研究构建了VvHB04与VvHB19延缓果实成熟的调控网络。在葡萄中，二者通过抑制乙烯合成相关基因（VvACO1、VvACO2、VvACS2、VvACS4）的表达，减少乙烯合成；同时抑制细胞壁降解基因（VvPG5、VvPG11、VvPME19）的表达，减弱果实软化程度；此外，还可能通过调控其他成熟相关因子（VvRIN、VvCNR、VvNOR、VvPYL1、VvPYL2）协同延缓葡萄果实成熟。在番茄中，VvHB04与VvHB19同样抑制乙烯合成基因（SlACO1、SlACO6、SlACS4）及细胞壁降解基因（SlPG2a、SlPL）的表达，从而延缓果实成熟。值得注意的是，二者在番茄中还可抑制类胡萝卜素合成关键基因（SlPSY1、SlPDS、Slβ-CYC）的表达，进而延缓果实着色与成熟进程。以上结果表明，VvHB04与VvHB19介导的调控机制在葡萄与番茄中具有保守性，并呈现出物种特异性的下游代谢调控特征（Fig. 11）。
Fig. 11 A working model for the delayed fruit ripening of VvHB04 and VvHB19
意义和创新性
首次系统阐明了转录因子VvHB04/19在葡萄及番茄果实成熟中的跨物种调控网络。研究发现，VvHB04/19作为果实成熟的关键抑制因子，通过协同抑制乙烯生物合成与细胞壁降解等多条代谢通路，有效延缓果实成熟进程。这一机制的揭示，为果实成熟时间的精细调控提供了新的分子靶点，对开发基于HB转录因子的分子育种策略具有重要的理论价值与应用前景。
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