论文摘要本研究利用 CRISPR/Cas9 基因编辑技术靶向香蕉果胶裂解酶基因 MaPL11，探究其功能缺失对香蕉采后货架期的影响。结果表明，MaPL11 在香蕉果实成熟后期高量表达，其表达量约为同源基因 MaPL3 的 2.5 倍，且受乙烯调控，是果实成熟过程中果胶解聚的关键基因。通过 CRISPR/Cas9 系统成功构建 MaPL11 敲除突变体（Line5# 和 Line7#），突变体植株营养生长正常，无开花时间、花序结构等多效性影响，仅果指长度略短于野生型（WT）。在自然成熟和乙烯利诱导成熟条件下，突变体果实成熟进程显著延迟，颜色转黄和硬度下降速率减慢，货架期明显延长。生理指标检测显示，突变体果实早期（3-5 天）果胶裂解酶（PL）活性显著低于 WT，水溶性果胶（WSP）含量积累延迟；透射电子显微镜观察发现，突变体果实细胞壁胞间层在成熟早期（0-5 天）保持完整，而 WT 胞间层已降解。研究证实，MaPL11 通过调控细胞壁果胶降解影响果实硬度和质地，其功能缺失可特异性延缓香蕉果实软化，为通过基因工程改良香蕉采后品质提供了理想靶标。
研究背景香蕉是全球最重要的水果作物之一，在热带和亚热带地区（包括中国）的人类饮食及农业经济中占据关键地位，但采后快速软化严重限制其货架期，导致运输和贮藏过程中产生巨大经济损失。目前虽可通过干扰 RIN 等关键成熟调控因子延长货架期，但会同时损害风味、色泽等其他果实品质性状，因此仅调控软化过程而不影响其他成熟进程的策略更为理想。大量研究表明，果实软化是涉及细胞壁组成与结构动态变化的不可逆过程，其中果胶分解是决定果实成熟软化的关键因素，而果胶裂解酶（PL）在番茄、草莓等肉质果实的质地调控中发挥保守作用 —— 番茄中 PL 被证实是影响果实硬度的主要因子，草莓中 PL 基因的反义抑制可延缓果实软化并降低果胶溶解度。在香蕉中，已有研究发现 PL 活性随果实成熟同步升高，但其基因组中 19 个 PL 基因的功能尚未明确；转录组和实时荧光定量 PCR 数据显示，MaPL11 和 MaPL3 在果实成熟过程中表达量显著上调，且受乙烯调控，其中 MaPL11 在成熟后期表达优势显著，推测其在果胶解聚中起主导作用，基于此，本研究通过 CRISPR/Cas9 介导 MaPL11 功能缺失，深入探究其在香蕉果实软化及货架期中的作用机制。
图文赏析图 1 果胶裂解酶 11（MaPL11）突变延缓香蕉果实软化
(A) MaPL11 基因结构、编辑靶标及 MaPL11 编辑载体示意图；(B) 乙烯利处理 7 天后 MaPL11（基因编号 Ma06_g30000）与 MaPL3 的表达水平分析；(C) 不同突变株系在 MaPL11 靶定位点的编辑模式示意图；(D) 和 (E) 两个 MaPL11 功能缺失突变株系与野生型（WT）的果实成熟表型、硬度及颜色分析（果实储存温度为 22℃）；(F) 果皮中水溶性果胶（WSP）含量与果胶裂解酶（PL）活性的变化；(G) MaPL11 编辑株系与野生型果皮细胞连接部位的透射电子显微镜照片（比例尺 = 2μm）。注：CW = 细胞壁；ML = 胞间层；M = 线粒体；V = 液泡；WT = 野生型。所有数据以平均值 ± 标准误表示（n=3），统计显著性采用双尾 t 检验（*P<0.05；**P<0.01）。
研究结论本研究采用 CRISPR/Cas9 介导的基因组编辑技术，靶向编辑香蕉成熟果实中高转录水平的果胶裂解酶基因 MaPL11。表型对比分析显示，在自然成熟和乙烯利诱导成熟条件下，突变体果实的硬度下降显著延缓，货架期较野生型明显延长。细胞壁成分与结构分析证实，MaPL11 能够调控果实成熟过程中的果胶降解。研究结果表明，MaPL11 通过降解细胞壁影响果实硬度和质地，明确果胶裂解酶可作为通过基因工程改良香蕉采后品质性状的理想靶标。易干军：广东省农业科学院果树研究所研究员，博士生导师。主要从事果树栽培、果树生理与分子生物学、新品种选育等科研工作。毕方铖：广东省农业科学院果树研究所研究员。主要从事果实采后成熟的分子机制研究及分子育种相关工作。
本研究得到国家自然科学基金（项目编号：32172544、32441071）、农业科学院科技创新战略专项资金 — 高水平农科院建设项目（项目编号：R2023PY-JG003）、国家现代农业产业技术体系专项（项目编号：CARS-31-01）、广东省特殊支持计划（项目编号：NYLJ2024010）、广东省科技创新计划项目（项目编号：2025B0202070005）、国际原子能机构合作研究项目（项目编号：IAEA CRP D23033）以及广州市科技局项目（项目编号：2023B03J0991）的资助。https://doi.org/10.1016/j.hpj.2025.10.006
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