桃，作為起源于中國、全球第三大無性繁殖溫帶果樹，其果實(shí)的甜美風(fēng)味是吸引消費(fèi)者的關(guān)鍵。而這種風(fēng)味很大程度上取決于可溶性糖——蔗糖、葡萄糖和果糖的含量與比例。有趣的是，相較于栽培品種，一些地方品種更高的甜度主要?dú)w因于果糖含量的提升，因為果糖的相對甜度約是蔗糖的1.7倍。在成熟的果實(shí)細(xì)胞中，糖分主要儲存在占據(jù)細(xì)胞體積高達(dá)90%的液泡中，因此，跨越液泡膜的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是調(diào)控果實(shí)甜度的核心。其中，ERD6-like（Early Response to Dehydration 6-like）蛋白是液泡膜糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（TSTs）中最大的亞家族，被認(rèn)為主要負(fù)責(zé)葡萄糖從液泡向細(xì)胞質(zhì)的輸出，在植物響應(yīng)干旱脅迫、種子萌發(fā)及糖穩(wěn)態(tài)維持中發(fā)揮作用。然而，盡管在擬南芥、蘋果、柑橘等物種中已有研究，但ERD6-like基因家族在桃中的成員、功能及其在果實(shí)發(fā)育和干旱脅迫下的調(diào)控機(jī)制仍是一片空白。

此前的研究已發(fā)現(xiàn)桃中的PpERDL16（現(xiàn)更名為PpERDL6-1）是果實(shí)果糖含量的負(fù)調(diào)控因子。這促使研究人員思考：桃基因組中還有哪些ERD6-like基因？它們?nèi)绾斡绊懖煌�糖分的積累？是否參與桃對干旱等非生物脅迫的響應(yīng)？為了回答這些問題，北京市農(nóng)林科學(xué)院林業(yè)果樹研究所的景彥甫、劉悅欣等人開展了一項系統(tǒng)性的研究，相關(guān)成果發(fā)表在《Plant Physiology and Biochemistry》上。

研究人員主要運(yùn)用了以下幾項關(guān)鍵技術(shù)：首先，利用生物信息學(xué)方法對桃基因組進(jìn)行全基因組掃描，鑒定出ERD6-like基因家族成員。其次，通過系統(tǒng)發(fā)育、基因結(jié)構(gòu)和啟動子順式作用元件分析，探究其進(jìn)化關(guān)系和潛在調(diào)控機(jī)制。第三，利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的瞬時轉(zhuǎn)化技術(shù)在煙草葉片中進(jìn)行亞細(xì)胞定位實(shí)驗，確認(rèn)蛋白的細(xì)胞位置。第四，在桃果實(shí)中果肉切片中進(jìn)行了基因的瞬時過表達(dá)和病毒誘導(dǎo)的基因沉默（VIGS）實(shí)驗，結(jié)合高效液相色譜法（HPLC）測定糖含量，以驗證基因功能。最后，通過甘露醇模擬干旱脅迫和盆栽控水實(shí)驗，分析基因表達(dá)模式與糖積累的變化。研究所用桃材料主要來自北京平谷區(qū)的桃品質(zhì)改良基地，包括‘瑞油蟠1號’和‘中油8號’等品種。

研究人員通過同源比對，在桃基因組中鑒定出6個ERD6-like基因，命名為PpERDL6-1至PpERDL6-6。它們分布在1、6和8號染色體上，其中PpERDL6-4、-5、-6在8號染色體上成簇排列，暗示基因復(fù)制事件可能促進(jìn)了該家族的擴(kuò)張。

基因結(jié)構(gòu)分析顯示，除PpERDL6-2外，其他成員具有相似的外顯子-內(nèi)含子模式，表明較高的進(jìn)化保守性。所有成員均含有糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)構(gòu)域和8-11個保守基序。系統(tǒng)發(fā)育分析將桃的6個基因分散在A1、A2、C和F四個進(jìn)化枝中，表明它們可能具有功能分化。啟動子分析發(fā)現(xiàn)，所有基因的啟動子區(qū)均含有豐富的光響應(yīng)、激素響應(yīng)（如脫落酸ABA、茉莉酸甲酯MeJA）及脅迫響應(yīng)（如干旱誘導(dǎo)、低溫響應(yīng)）相關(guān)順式作用元件，提示它們廣泛參與環(huán)境脅迫和激素信號的整合。

亞細(xì)胞定位實(shí)驗證實(shí)，所有6個PpERD6-like蛋白均與液泡膜標(biāo)記蛋白PpTST1共定位，明確其定位于液泡膜。這表明它們在液泡糖轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮直接作用。表達(dá)模式分析顯示，6個基因在‘華光’桃果實(shí)八個發(fā)育時期的表達(dá)呈現(xiàn)動態(tài)變化。PpERDL6-1在果實(shí)發(fā)育早期高表達(dá)，在成熟后期顯著下調(diào)；PpERDL6-2和-3在快速膨大期（約65 DAA）表達(dá)達(dá)到峰值；而PpERDL6-4、-5、-6在開花早期表達(dá)較高并在整個成熟期維持中度表達(dá)。

這是本研究的功能核心。瞬時過表達(dá)實(shí)驗表明，不同基因?qū)μ欠e累的調(diào)控作用存在顯著差異：過表達(dá)PpERDL6-1顯著降低了果肉中果糖和葡萄糖的水平；過表達(dá)PpERDL6-2特異性地增加了葡萄糖含量；而過表達(dá)PpERDL6-3、-4和-6則促進(jìn)了果糖的積累。蔗糖含量在各處理中基本不變，說明這些基因主要影響單糖代謝。病毒誘導(dǎo)的基因沉默（VIGS）實(shí)驗進(jìn)一步證實(shí)了PpERDL6-1的功能，其沉默導(dǎo)致果肉中果糖、葡萄糖和蔗糖含量均顯著上升。

在干旱脅迫下，無論是甘露醇模擬的滲透脅迫還是盆栽控水實(shí)驗，桃果實(shí)中的可溶性糖（果糖、葡萄糖、蔗糖）均顯著積累。相應(yīng)地，6個PpERD6-like基因的表達(dá)發(fā)生波動：PpERDL6-1和-4的表達(dá)在脅迫下被抑制；而PpERDL6-2、-3、-5和-6則呈現(xiàn)先誘導(dǎo)后下降的表達(dá)模式。這表明在干旱脅迫下，通過抑制某些ERD6-like基因的表達(dá)來減少糖分從液泡外流，可能是桃果實(shí)積累糖分以實(shí)現(xiàn)滲透調(diào)節(jié)的重要機(jī)制。

本研究的討論部分對上述發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了深入闡釋。系統(tǒng)發(fā)育和共線性分析表明，桃的ERD6-like基因與蘋果、梨等薔薇科物種的同源基因親緣關(guān)系較近，而在雙子葉與單子葉植物間存在分化，揭示了該基因家族在進(jìn)化上的保守性與特異性。基因功能的多樣性（如對果糖和葡萄糖的不同調(diào)控效應(yīng)）暗示家族成員可能通過底物特異性、轉(zhuǎn)運(yùn)方向或受胞內(nèi)糖信號調(diào)控等方式，在桃果實(shí)糖分區(qū)室化中扮演不同甚至相反的角色，這為理解液泡與細(xì)胞質(zhì)之間的糖穩(wěn)態(tài)調(diào)控提供了新視角。啟動子中的多種脅迫響應(yīng)元件和基因在干旱下的差異表達(dá)模式，將ERD6-like基因的功能從單純的糖轉(zhuǎn)運(yùn)擴(kuò)展到了非生物脅迫應(yīng)答領(lǐng)域。研究表明，在干旱初期，部分基因的上調(diào)可能有利于糖分從液泡輸出用于應(yīng)激信號傳導(dǎo)；而在持續(xù)脅迫下，關(guān)鍵基因如PpERDL6-1的下調(diào)則有助于糖分在液泡中滯留，起到滲透保護(hù)作用。這種協(xié)調(diào)調(diào)控模式將糖代謝與脅迫適應(yīng)緊密聯(lián)系了起來。

綜上所述，本研究首次在桃中完成了ERD6-like基因家族的全基因組鑒定與系統(tǒng)性功能解析。主要結(jié)論包括：1）桃基因組中含有6個ERD6-like基因，它們位于液泡膜，在進(jìn)化上具有保守性但也存在功能分化的潛力；2）該家族成員在果實(shí)發(fā)育不同階段特異性表達(dá)，并響應(yīng)光、激素及干旱信號；3）功能實(shí)驗證實(shí)它們參與調(diào)控可溶性糖（特別是果糖和葡萄糖）的積累，但不同成員作用不同，存在功能多樣性；4）在干旱脅迫下，這些基因通過表達(dá)重編程參與脅迫誘導(dǎo)的糖積累過程，協(xié)調(diào)果實(shí)的脅迫適應(yīng)與品質(zhì)形成。該研究不僅深化了對桃果實(shí)糖分積累分子機(jī)制的理解，更重要的是，將果實(shí)品質(zhì)性狀（甜度）與非生物脅迫抗性（干旱）通過ERD6-like基因家族聯(lián)系起來，為未來通過分子育種手段同步改良桃果實(shí)風(fēng)味和抗逆性提供了寶貴的候選基因資源和理論依據(jù)。