研究背景
梨作为典型的呼吸跃变型果实，其成熟和衰老是一个受遗传程序精准调控的过程，其中乙烯发挥着核心作用。近年来的研究发现，内源过氧化氢（）作为重要的信号分子（第二信使），也参与了果实的成熟衰老。乙烯能够诱导的积累，而外源处理也会促进乙烯的生物合成，两者之间存在复杂的协同或反馈机制。
在植物细胞中，抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环是清除内源的主要代谢途径。虽然已有研究表明该循环中的关键酶参与了抗逆反应，但它们在果实成熟衰老过程中如何响应乙烯信号并调节水平，其背后的转录调控和蛋白质翻译后修饰机制仍未得到完全阐明。
论文概要
南京农业大学园艺学院张绍铃院士团队在Plant Biotechnology Journal发表题为“PbrIDD2-PbrAPX14 Module Functions in the Ethylene-Mediated Ripening and Senescence Process of Pear Fruit”的论文。该研究以‘库尔勒香梨’为材料，结合代谢组、酶活性及转录组分析，鉴定了AsA-GSH循环中的核心基因PbrAPX14，并揭示了乙烯通过抑制转录因子PbrIDD2激活PbrAPX14，从而促进积累的机制。同时，研究还发现能通过S-次磺酰化（S-sulfenylation）修饰PbrAPX14蛋白并抑制其活性，形成一个促进果实成熟衰老的正反馈调节环（图8）。
主要研究结果介绍
PbrAPX14是调控梨果实积累的关键负因子
通过对0℃贮藏过程中的梨果实进行分析，研究人员发现、羟自由基（）和超氧阴离子（）在贮藏前期显著积累。乙烯抑制剂1-MCP处理显著抑制了这些活性氧（ROS）的积累，而乙烯利（Ethrel）或过表达乙烯合成基因PbrACO54则表现出相反的效果（图2, 3）。
在AsA-GSH循环的31个基因中，PbrAPX14的表达模式与APX酶活性呈极显著正相关，与含量呈极显著负相关。乙烯信号显著下调了PbrAPX14的表达。体外动力学分析证明，PbrAPX14具有典型的抗坏血酸过氧化物酶活性。在梨果实、梨愈伤组织及微型番茄中的转基因实验进一步证实，过表达PbrAPX14能增强清除能力，抑制乙烯合成，并显著延迟果实变黄和软化（图4）。
转录因子PbrIDD2直接激活PbrAPX14的表达
为了寻找PbrAPX14的上游调控因子，研究团队对转录组数据进行了筛选，锁定了一个核定位的转录因子PbrIDD2。PbrIDD2的表达受乙烯负调控，且与PbrAPX14的表达呈显著正相关。
分子实验（Y1H、Dual-LUC、ChIP-qPCR和EMSA）表明，PbrIDD2能直接结合PbrAPX14启动子上的核心基序（TTTGTCG）并激活其转录（图5）。在梨果实和愈伤组织中瞬时过表达或沉默PbrIDD2，其表型与改变PbrAPX14表达高度一致。这说明PbrIDD2-PbrAPX14模块是梨果实响应乙烯信号、调节水平的核心环节。
HO介导的PbrAPX14 S-次磺酰化修饰抑制其活性
除了转录水平的调控，研究还发现PbrAPX14蛋白受到翻译后修饰的影响。利用pCysMod数据库预测并结合质谱分析，研究人员发现PbrAPX14蛋白的残基（该残基也是AsA结合的关键位点）极易受到诱导的S-次磺酰化修饰（图7）。
体外和体内实验均证明，随着浓度的增加，PbrAPX14蛋白的S-次磺酰化水平显著升高，而其酶活性随之下降。乙烯利处理能够提高梨果实内PbrAPX14的次磺酰化水平。这一发现解释了为什么在成熟后期，的大量积累会导致清除酶活性的失活，从而加速衰老进程。
HO与乙烯合成的反馈促进作用
研究进一步通过外源处理发现，较高浓度的能显著上调乙烯合成关键基因（PbrACS1b、PbrACO54等）的表达和酶活性，从而促进乙烯产量。这表明，当乙烯信号启动成熟后，通过抑制PbrIDD2-PbrAPX14模块导致的积累，会反过来进一步刺激乙烯的产生，形成了“乙烯--乙烯”的级联放大效应。
全文总结与展望
本研究揭示了一个精细的梨果实成熟调控网络：
- 乙烯利作用：在梨成熟过程中，乙烯信号增强，抑制了转录因子PbrIDD2的表达，导致下游清除基因PbrAPX14的转录水平下降。
- 积累：PbrAPX14表达减少导致胞质中大量积累。
- 反馈调节：积累的一方面通过S-次磺酰化修饰抑制残留PbrAPX14的酶活性，另一方面直接促进乙烯合成基因的转录。
- 成熟衰老：这种双重的调控机制（转录水平和蛋白质修饰水平）共同促成了果实内的爆发，进而加速了果实的颜色转变、软化和最终衰老。
这一成果不仅丰富了呼吸跃变型果实成熟衰老的分子生物学理论，也为通过基因工程或外源调节手段延长果实货架期提供了潜在的靶点。例如，选育高表达PbrIDD2或PbrAPX14蛋白稳定性更高的品种，有望培育出耐贮藏的新型梨优系。
研究团队与资助
本研究的第一作者为南京农业大学园艺学院的Libin Wang（现为贺州学院副教授）、Junpeng Niu（现为陕西师范大学副教授）、Xiaoyu Tan、Yuhua Xie和Li Jiang。通讯作者为南京农业大学张绍铃教授、Libin Wang博士
该项研究得到了国家自然科学基金（32302615, 31872070, 31830081, 31701868）、新疆生产建设兵团重大科技项目（2024A02006）、广西自然科学基金（2022JJA130045）以及江苏省农业科技创新基金等项目的资助。
DOI链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70664
