近日，《Journal of Integrative Plant Biology》期刊发表了一项来自安徽农业大学园艺学院的重要研究成果。该学院薛雍松副教授作为第一作者完成了题为"The PbrMADS1-PbrMYB169 complex has uniquely emerged to regulate lignification of stone cell in pear"的论文，首次系统阐明了梨果实中石细胞木质化过程背后的分子调控机理。
作为蔷薇科家族中的重要成员，梨树在世界多地均有广泛种植。中国凭借丰富的品种资源稳居全球梨产量首位。然而梨果实有一个区别于其他蔷薇科水果的显著特征，其果肉中会形成大量木质化的石细胞，这种特殊结构使得口感变得粗糙，直接影响了消费者的食用体验和果实整体品质。
正因如此，在梨的育种改良工作中，如何有效降低石细胞含量始终是提升内在品质的关键方向之一。石细胞的主要构成物质为木质素与纤维素，二者的合成代谢受到多重调控网络的精密控制，但受限于梨果实研究技术体系本身的复杂性，学界对石细胞形成背后的遗传基础和调控路径认知仍较为有限，亟待更深入的探索。
研究团队从312份梨种质资源入手，针对石细胞性状开展了全基因组关联分析，成功锁定了一个来自SEP3亚家族的MADS-box基因，命名为PbrMADS1。该基因的表达具有明显的时空特异性，主要集中在梨果实发育早期的石细胞中。随后，研究人员通过梨果实瞬时转化、果肉愈伤组织实验以及模式植物稳定转化等多种功能验证手段，确认了PbrMADS1在促进石细胞形成过程中发挥着关键的生物学功能。值得注意的是，在其他蔷薇科物种中，SEP3基因通常参与花器官发育和果实成熟等过程，这一发现表明SEP3亚家族基因在蔷薇科不同物种间已经发生了明显的功能分化。
深入探究其作用机制后发现，PbrMADS1本身并不能直接激活石细胞形成相关基因的转录，而是需要与另一个转录因子PbrMYB169相互结合形成蛋白复合物，通过这种互作关系增强PbrMYB169对木质素合成基因的激活能力。进一步的蛋白互作分析揭示，PbrMADS1与PbrMYB169之间的结合具有鲜明的物种特异性，在苹果、枇杷等亲缘关系较近的物种中，其同源蛋白无法形成类似的SEP3-MYB169复合物。通过序列比对分析，研究人员找到了造成这种差异的关键所在：梨PbrMADS1蛋白第63位氨基酸为甲硫氨酸（M），而苹果与枇杷的同源蛋白在该位置则是苏氨酸（T）。当研究人员将PbrMADS1的M63位点突变为T63后，其与PbrMYB169的互作强度明显下降，调控石细胞形成的功能也随之减弱。这一结果表明，该氨基酸位点的差异正是蔷薇科苹果族内同源SEP3基因功能分化的分子基础。
整体而言，这项研究不仅解析了蔷薇科物种中SEP3亚家族基因功能分化的内在机制，还揭示了梨特有的石细胞调控模块及其作用方式，为今后针对石细胞性状开展定向遗传改良、提升果实品质提供了重要的理论支撑和潜在的基因靶点。
该论文的共同第一作者为安徽农业大学园艺学院薛雍松副教授和山东农业大学博士生陈书琳，共同通讯作者为吴俊教授和薛程副教授，安徽农业大学为第一完成单位。
