Hortic Res | 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)彭福田團(tuán)隊(duì)揭示PpSnRK1α- PpNAC6/PpNAC36模塊介導(dǎo)氮調(diào)控下γ-癸內(nèi)酯生物合成新機(jī)制

    桃子因其獨(dú)特的香氣和風(fēng)味深受消費(fèi)者喜愛(ài)，具有重要的經(jīng)濟(jì)與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。在成熟過(guò)程中，桃子會(huì)由“青草香”逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐怎ヮ惡蛢?nèi)酯類為主的“果香”，其中γ-癸內(nèi)酯正是構(gòu)成其典型“桃香”的核心物質(zhì)。然而，過(guò)量施氮肥會(huì)顯著降低桃子香氣物質(zhì)積累，成為桃產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙。因此解析氮素調(diào)控“桃香”合成背后的關(guān)鍵因子及其作用機(jī)制對(duì)桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。

    2025年9月，Horticulture Research在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)彭福田團(tuán)隊(duì)題為PpSnRK1α-PpNAC6/PpNAC36 Module Mediates Nitrogen-Regulated Biosynthesis of γ-Decalactone in Peach Fruit的研究論文。

    該研究通過(guò)大田試驗(yàn)觀測(cè)，過(guò)量施氮會(huì)抑制桃果實(shí)中γ-癸內(nèi)酯的生物合成。通過(guò)在不同氮處理下的基因表達(dá)譜及香氣成分相關(guān)性分析，鑒定出兩個(gè)參與響應(yīng)氮信號(hào)調(diào)控γ-癸內(nèi)酯的生物合成的NAC家族轉(zhuǎn)錄因子PpNAC6和PpNAC36。通過(guò)在桃果實(shí)及愈傷組織中構(gòu)建沉默/過(guò)表達(dá)材料，發(fā)現(xiàn)PpNAC6和PpNAC36正向調(diào)控γ-癸內(nèi)酯的積累。進(jìn)一步分析證實(shí)PpNAC6和PpNAC36可直接結(jié)合γ-癸內(nèi)酯生物合成相關(guān)基因（PpAAT2、PpAAT3、PpLOX1、PpLOX6和PpFAD3）的啟動(dòng)子區(qū)域，并顯著增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄。

圖3 PpNAC6和PpNAC36在桃果實(shí)γ-癸內(nèi)酯生物合成中的功能研究

    同時(shí)，該研究發(fā)現(xiàn)桃SNF激酶1的α亞基（PpSnRK1α）也能夠響應(yīng)氮素調(diào)控，其轉(zhuǎn)錄水平受到氮素強(qiáng)烈誘導(dǎo)。通過(guò)對(duì)過(guò)表達(dá)/沉默桃果實(shí)材料的功能分析，發(fā)現(xiàn)PpSnRK1α抑制γ-癸內(nèi)酯的生物合成。進(jìn)一步分析證實(shí)PpSnRK1α可直接與PpNAC6/PpNAC36互作，并磷酸化PpNAC36，從而調(diào)控γ-癸內(nèi)酯的生物合成。該研究提出了PpSnRK1α—PpNAC6/PpNAC36—桃香氣生物合成的調(diào)控途徑，揭開(kāi)了氮信號(hào)調(diào)控桃子香氣生物合成之謎，為通過(guò)分子育種改善桃果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)、推行精準(zhǔn)氮肥管理提供了關(guān)鍵理論依據(jù)。

圖7 PpSnRK1α- PpNAC6/PpNAC36模塊介導(dǎo)氮調(diào)控下γ-癸內(nèi)酯生物合成作用模型

    山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院在讀博士研究生梁家慧為論文第一作者，彭福田教授、高陽(yáng)陽(yáng)副教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-30-2-02）、山東省農(nóng)業(yè)良種工程項(xiàng)目（2024LZGCQY021）、山東省自然科學(xué)基金（ZR2024MC193、ZR2022QC019）的資助。

作者與團(tuán)隊(duì)介紹

    彭福田，教授，博士生導(dǎo)師，山東省教學(xué)名師，現(xiàn)任山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處處長(zhǎng)，國(guó)家現(xiàn)代桃產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系土壤肥料與水分崗位科學(xué)家，國(guó)家蘋(píng)果工程中心副主任，中國(guó)園藝學(xué)會(huì)桃分會(huì)副理事長(zhǎng)，山東省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)果樹(shù)專業(yè)組副主任。先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、山東省良種工程等項(xiàng)目多項(xiàng)，編寫(xiě)著作與教材12部，參與獲得國(guó)家與省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)5項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利8項(xiàng)，選育桃、草莓等果樹(shù)新品種9個(gè)，在Current Biology、Plant Biotechnology Journal、Plant Physiology、Horticulture Research、Journal of Cleaner Production、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)等國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表科研論文200多篇，近10年來(lái)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)圍繞“桃精穩(wěn)施肥的根際效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量品質(zhì)的調(diào)控機(jī)理”與“多組學(xué)分析挖掘桃優(yōu)良基因與新種質(zhì)創(chuàng)制”開(kāi)展相關(guān)研究，在桃、草莓新品種選育、現(xiàn)代栽培模式與化肥減施技術(shù)研究領(lǐng)域取得了重要成果，研發(fā)的以“肥料袋控緩釋，養(yǎng)分穩(wěn)定供應(yīng)”為核心的果樹(shù)節(jié)肥與提質(zhì)增效技術(shù)，被列為國(guó)家農(nóng)業(yè)農(nóng)村部主推技術(shù)，在我國(guó)主要果樹(shù)產(chǎn)區(qū)推廣近三十萬(wàn)畝，取得顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

    高陽(yáng)陽(yáng)，園藝科學(xué)與工程學(xué)院副教授。先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目及青年項(xiàng)目，參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、山東省良種工程等項(xiàng)目。現(xiàn)主要從事果樹(shù)營(yíng)養(yǎng)生理與生態(tài)等方面的研究。近年來(lái)，重點(diǎn)以桃為研究對(duì)象開(kāi)展養(yǎng)分高效吸收利用機(jī)制及調(diào)控途徑、省力化高效栽培技術(shù)等方面的工作，相關(guān)研究結(jié)果在Molecular Plant、 New Phytologist、Plant Communications、Journal of Experimental Botany等雜志上發(fā)表。