The Plant Cell（IF=13.5）|DAP-seq助力揭示CrbZIP5b-CrHSFA6B级联模块调控柑橘果实风味形成机制

文献标题：Dynamic chromatin regulatory programs of sucrose and citric acid metabolism during fruit ripening in Citrus

发表期刊：The Plant Cell

影响因子：13.5

物种：柑橘

发表时间：2026年3月25日

发表单位：湖南省农业科学院

蓝景科信提供：DAP-seq技术服务

主要研究内容

柑橘属于典型非跃变型果实，成熟进程主要由脱落酸ABA主导，果实转熟阶段蔗糖积累、柠檬酸降解形成决定风味品质的糖酸平衡，但目前该代谢转换背后的表观遗传与转录协同调控机制尚不清晰；现有果实表观调控研究多聚焦于番茄、香蕉等跃变型作物，柑橘成熟全过程染色质开放状态、组蛋白修饰的动态变化规律缺乏系统图谱，同时已有研究仅阐明早期柠檬酸合成相关基因功能，无法解释成熟后期柠檬酸降解的分子通路。

本研究测定金柑、椪柑等6个主栽柑橘品种的果实发育指标，明确各品种成熟阶段糖酸、激素变化存在保守规律：花后120 d柠檬酸降解、蔗糖累积，乙烯全程低表达，150 d后ABA大幅上升，主导果实成熟。以椪柑不同发育阶段汁胞为材料，整合RNA-seq、ATAC-seq与靶向H3K27ac、H3K4me3、H3K27me3的CUT&Tag等多组学构建果实成熟转录-表观图谱，发现果实成熟过程中染色质开放区域、激活型组蛋白修饰逐步增加，抑制型标记H3K27me3持续减少，成熟上调基因模块富集NAC、bZIP、HSF等转录因子，且超七成风味相关差异基因受染色质动态修饰调控。结合ATAC-seq转录因子足迹、基因共表达数据，构建了包含1822个基因、52个核心转录因子的成熟全局调控网络，筛选出CrHSFA6B、CrbZIP5b两大枢纽转录因子，二者分别参与柠檬酸降解、蔗糖合成调控，同时CrbZIP5b可直接激活CrHSFA6B，形成层级调控关系。

研究进一步通过DAP-seq在全基因组水平解析CrHSFA6B的结合特征，鉴定到其保守结合基序GAANNTTCTAGA，34.72%结合峰分布于基因启动子区，且在柠檬酸降解基因CrACO1、CrACO3启动子存在显著富集。结合EMSA、双荧光素酶实验证实，CrHSFA6B特异性结合CrACO1、CrACO3启动子HSE元件并激活基因表达。瞬时过表达CrHSFA6B金柑果实中CrACO1/3显著上调、柠檬酸含量下降，RNAi沉默则相反，证明CrHSFA6B正向促进成熟阶段柠檬酸降解。

此外，EMSA、CUT&Tag-qPCR与双荧光素酶证实，CrbZIP5b直接结合CrSPSF1启动子并促进蔗糖合成，瞬时转化试验证实其正调控果实蔗糖积累；CrbZIP5b还可直接激活CrHSFA6B，下调果实柠檬酸含量，同步调控糖、酸两条代谢通路。外源ABA可剂量依赖性提升蔗糖、降低柠檬酸，并直接激活CrbZIP5b启动子，上调通路全部关键基因。由此构建ABA-CrbZIP5b-CrHSFA6B层级调控模型：成熟期高丰度ABA激活CrbZIP5b，分别通过CrSPSF1促进蔗糖合成、通过CrHSFA6B-CrACO1/3加速柠檬酸降解，同时染色质开放与激活型组蛋白修饰协同放大通路信号，调控柑橘糖酸风味平衡。

本研究系统阐明非跃变型果实成熟的表观转录调控逻辑，填补柑橘转熟期柠檬酸降解机制研究空白，完善ABA介导果实风味形成理论体系，为柑橘高糖低酸品质定向育种提供关键分子靶点。

图1. 调控柑橘果实成熟的基因调控网络。（a）柑橘果实成熟过程中由52个核心转录因子（TFs）介导的转录调控网络（TRN）概览。（b）与柑橘果实成熟相关的关键枢纽基因的TRN。（c）关键转录因子CrHSFA6B的预测TRN（上图）及其预测靶基因的GO富集分析结果（下图）。（d）CrbZIP5b的预测TRN（上图）及其靶基因的GO富集分析结果（下图）。（e）TRN中由关键转录因子调控的基因与DAP-seq和ChIP-seq数据的对比分析。

图2. CrHSFA6B在柑橘果实成熟过程中促进柠檬酸降解。（a、b）HSFA6B的转录（a）及表观遗传修饰轨迹（b）。（c）柠檬酸降解途径示意图。（d）DAP-seq分析检测CrHSFA6B与CrACO1/3启动子上HSE基序的结合情况。（e）电泳迁移率变动分析（EMSA）用于检测CrHSFA6B与CrACO1和CrACO3启动子中HSE基序的结合。（f–g）在本氏烟叶片中进行双荧光素酶报告基因实验，检测CrHSFA6B对CrACO1和CrACO3表达的激活作用。（h）在F. margarita果实中瞬时过表达CrHSFA6B并沉默FmHSFA6B。（i–j）转基因F. margarita果实中CrHSFA6B、CrACO1和CrACO3的相对表达水平（I），以及柠檬酸含量的定量分析（j）。