服务案例The Plant Cell (IF:11.6)|IP-MS解码植物激素信号——苹果花青素调控中的“泛素化开关”
所属分类： 技术干货
发布时间： 2026-06-14
概要： 今天为大家解读一项发表于植物学顶级期刊The Plant Cell的最新研究，该研究首次揭示了转录因子MdGLK1在苹果花青素合成中扮演“双重调控中枢”的角色：一方面解除抑制因子MdBZR1对MdMYB1的转录阻遏，另一方面增强MdMYB1对下游结构基因的激活能力。
期刊名称：The Plant Cell
发表时间：2026年3月
影响因子：11.6
期刊分区：JCR 1区/中科院 1区
服务单位：中国科学院武汉植物园
服务产品：IP-MS蛋白互作组研究解决方案
服务团队：王曼、张庚、谢宇峰
样本类型：苹果果实、愈伤组织、幼苗
其他信息：双荧光素酶、ChIP-PCR、泛素化降解分析
今天为大家解读一项发表于植物学顶级期刊The Plant Cell的最新研究，标题为“The deubiquitinase UBP15 and the E3 ubiquitin ligase PUB17 coordinate GLK1 stability in apple anthocyanin deposition”。该研究首次揭示了转录因子MdGLK1在苹果（Malus×domestica）花青素合成中扮演“双重调控中枢”的角色：一方面解除抑制因子MdBZR1对MdMYB1的转录阻遏，另一方面增强MdMYB1对下游结构基因的激活能力。
本研究由中国科学院武汉植物园安建平团队主导完成，借助谱度众合提供的IP-MS蛋白互作组研究解决方案，从苹果蛋白质组中精准捕获了MdGLK1的两类关键调控因子——E3泛素连接酶MdPUB17与去泛素化酶MdUBP15。这一核心互作证据成功打通了“BR信号-MdGLK1稳定性-花青素合成”的完整调控轴，揭示了泛素化与去泛素化在植物激素信号转导中的动态平衡机制。
花青素是植物中重要的次生代谢产物，不仅赋予果实色泽，还参与抗逆反应。油菜素内酯（BR）作为一种广谱植物激素，在调控花青素合成中表现出显著的物种特异性。在苹果中，BR信号通路的核心转录因子MdBZR1负调控花青素合成，但其具体机制尚不清晰。
MdGLK1是植物中高度保守的GARP家族转录因子，已有研究证实其参与叶绿体发育和光合作用。然而，MdGLK1在花青素合成中的功能、尤其是其翻译后修饰调控机制，仍属未知。因此，鉴定MdGLK1在体内的核心互作蛋白，是破解其在BR信号网络中功能的关键突破口。
本研究采用“表型鉴定-互作组学筛选-分子机制解析-调控模型构建”的经典研究范式：
❶ 表型与转录调控解析：通过苹果果实瞬时转化、愈伤组织和幼苗稳定转化，明确MdGLK1正向调控花青素合成的功能；并通过EMSA、ChIP-PCR和双荧光素酶实验，阐明其通过增强MdMYB1转录活性发挥作用的分子机制。
❷ 互作组学筛选核心因子：利用GFP标签免疫沉淀，结合谱度众合高灵敏度IP-MS技术，筛选MdGLK1的体内互作蛋白；进一步通过内源性IP-MS验证互作特异性，锁定MdBZR1、MdPUB17和MdUBP15三大关键调控因子。
❸ 功能验证与机制解析：分别通过遗传学和生物化学实验，分别验证三个互作蛋白的功能：阐明MdBZR1依赖EAR基序抑制MdMYB1转录的机制；证明MdPUB17介导MdGLK1的泛素化降解；揭示MdUBP15通过去泛素化拮抗MdPUB17的作用，从而维持MdGLK1蛋白稳态。
❹ 调控模型构建：整合所有实验数据，提出BR信号通过“泛素化-去泛素化开关”动态调控苹果花青素合成的完整分子模型。
1. MdGLK1通过双重机制正向调控苹果花青素合成
研究以花青素合成核心转录因子MdMYB1为诱饵，通过酵母双杂交文库筛选鉴定到潜在互作蛋白MdGLK1，并采用Y2H、Pull-down、BiFC和Co-IP四种技术交叉验证了二者在细胞核内的直接物理互作。
在苹果果实瞬时转化、愈伤组织和幼苗稳定转化三种体系中，一致证实MdGLK1是花青素合成的正向调控因子：其过表达显著促进花青素积累，而沉默则产生相反表型。
进一步实验表明，MdGLK1的调控功能依赖MdMYB1，并通过双重分子机制发挥作用：一方面增强MdMYB1对下游花青素结构基因（MdDFR、MdUF3GT）的DNA结合能力和转录激活活性；另一方面与BR信号核心因子MdBZR1互作，解除MdBZR1对MdMYB1的转录抑制。
2.MdBZR1依赖C端EAR基序负调控花青素合成
鉴于MdGLK1能够与BR信号核心转录因子MdBZR1直接互作，研究人员进一步探究了MdBZR1在苹果花青素合成中的功能。
苹果果实瞬时转化和愈伤组织BRZ处理实验表明，MdBZR1是BR介导花青素合成抑制的关键效应因子：其过表达显著抑制花青素积累，而沉默则促进着色。分子机制解析显示，MdBZR1通过直接结合MdMYB1启动子的G-box元件抑制其转录，且这种抑制作用完全依赖其C端保守的EAR转录抑制基序。突变或删除EAR基序后，MdBZR1丧失对MdMYB1的转录抑制能力及对花青素合成的负调控作用。
3.BR激活的E3连接酶MdPUB17介导MdGLK1的泛素化降解
在探究BR调控MdGLK1功能的过程中，研究人员发现：外源BR处理不影响MdGLK1的转录水平，但能通过26S蛋白酶体途径显著降低其蛋白稳定性。这提示BR可能通过泛素-蛋白酶体途径调控MdGLK1的蛋白稳定性。
为鉴定介导这一过程的E3泛素连接酶，研究人员借助谱度众合的IP-MS蛋白互作组学技术，筛选到U-box型E3连接酶MdPUB17，并验证了二者在细胞核内的直接互作。
功能实验表明，MdPUB17是花青素合成的负调控因子，其表达受BR诱导，且是BR调控花青素合成的关键下游因子。遗传学和生物化学实验进一步证实，MdPUB17通过介导MdGLK1的多聚泛素化修饰，促进其蛋白酶体依赖性降解，从而负调控MdGLK1介导的花青素合成。
4. 去泛素化酶MdUBP15拮抗MdPUB17，维持MdGLK1蛋白稳态
泛素化修饰是一个可逆的动态过程。鉴于MdPUB17能够介导MdGLK1的泛素化降解，研究人员进一步探究是否存在对应的去泛素化酶来拮抗这一过程。通过再次利用IP-MS技术筛选，研究人员鉴定到泛素特异性蛋白酶MdUBP15，并验证了二者在细胞核内的直接物理互作。
功能实验显示，MdUBP15是花青素合成的正向调控因子，其表达受BR抑制；过表达MdUBP15能显著缓解BR对花青素合成的抑制作用。
机制研究表明，MdUBP15通过特异性去除MdPUB17介导的MdGLK1泛素链，延长MdGLK1的蛋白半衰期，拮抗MdPUB17的降解作用，从而维持MdGLK1的蛋白稳态并促进花青素合成。
本研究首次在苹果中阐明了BR信号通过“转录调控+翻译后修饰”双重层面调控花青素合成的完整通路。BR信号一方面通过MdBZR1转录抑制MdMYB1，另一方面通过MdPUB17-MdUBP15组成的“泛素化-去泛素化动态开关”，精准控制核心转录因子MdGLK1的蛋白稳定性，从而实现对花青素沉积的精细调控。
本研究填补了去泛素化酶在BR介导果树次生代谢调控领域的研究空白，揭示了GLK1转录因子“解除抑制+增强激活”的双重作用模式，解释了BR调控花青素合成的物种特异性差异，丰富了植物激素信号转导的调控网络。
研究鉴定了MdBZR1、MdPUB17、MdUBP15等多个精准分子靶点，为苹果果实色泽的分子育种改良提供了理论依据，同时为生产上通过调控BR水平改善果实外观品质提供了可行的技术策略。
A1:该研究首次在果树中建立了BR信号通过翻译后修饰调控花青素合成的完整分子通路，打破了以往研究主要聚焦于转录调控的局限。发现的MdPUB17-MdUBP15-MdGLK1调控模块，揭示了泛素化与去泛素化这一对拮抗过程如何协同响应激素信号，精准控制关键转录因子的蛋白稳态，从而实现对次生代谢途径的动态、可逆调控。这一机制不仅丰富了BR信号转导的调控网络，也为其他植物激素（如茉莉酸、脱落酸）调控次生代谢的研究提供了重要参考范式。
A2: MdGLK1的双重调控机制形成了一个高效、精准的“信号放大器”：当BR信号较弱时，MdGLK1一方面解除MdBZR1对MdMYB1的转录抑制，另一方面直接增强MdMYB1的转录活性，双重促进花青素合成；当BR信号较强时，MdPUB17介导MdGLK1降解，从而快速关闭花青素合成通路。这种机制确保苹果能够根据体内激素水平和外界环境条件，灵活调整花青素的合成速率，以适应不同的生长发育阶段和环境胁迫。
A3: 该研究鉴定了多个可用于苹果果实色泽改良的精准分子靶点：
❶ 通过基因编辑技术突变MdBZR1的EAR基序，可在不影响BR其他生理功能的前提下，显著提高果实花青素含量；
❷ 敲除MdPUB17基因或过表达MdUBP15基因，可稳定MdGLK1蛋白水平，促进果实着色；
❸ 生产上可在果实转色期喷施适量的BR合成抑制剂（如BRZ），降低内源BR水平，从而促进花青素合成，改善果实外观品质。
A4: 本研究的核心突破之一是发现了E3泛素连接酶MdPUB17和去泛素化酶MdUBP15这两个与MdGLK1直接互作的关键调控因子。谱度众合提供的IP-MS蛋白互作组学研究解决方案在这一过程中起到了决定性的作用：
● 精准捕获互作蛋白：通过构建MdGLK1-GFP融合蛋白，利用高灵敏度IP-MS技术从苹果愈伤组织中系统筛选MdGLK1的体内互作组，成功鉴定出MdPUB17和MdUBP15，避免了低通量筛选可能遗漏关键因子的风险。
● 内源性验证互作特异性：借助谱度众合的技术平台，团队进一步完成了内源性Co-IP结合质谱验证，排除了非特异性背景干扰，为后续大量功能实验提供了坚实可靠的互作证据。
● 支撑泛素化动态分析：在体外泛素化、体内泛素化水平检测及蛋白降解实验中，谱度众合的技术服务帮助团队高效建立了蛋白-泛素链检测体系，定量解析了MdPUB17介导的MdGLK1多聚泛素化修饰及MdUBP15的去泛素化拮抗作用。
IP-MS的高灵敏度、高覆盖度互作筛选能力，使研究者能够在全蛋白质组范围内快速锁定关键因子，从而打通了“BR信号-MdGLK1稳定性-花青素合成”的完整调控轴。
编者总结
本研究系统解析了苹果中BR信号调控花青素沉积的分子机制，构建了以MdGLK1为核心的完整调控网络。该网络在转录层面揭示了“BR-MdBZR1-MdGLK1-MdMYB1”的抑制解除通路；在蛋白稳定性层面阐明了“BR-MdPUB17/MdUBP15-MdGLK1”的泛素化动态开关。研究不仅在理论上深化了我们对植物激素与次生代谢交叉调控的理解，也为苹果等果树的分子育种和果实品质改良提供了重要的理论基础和基因资源。
在这一复杂机制的解析过程中，谱度众合提供的IP-MS蛋白互作组学研究解决方案发挥了决定性的技术支撑作用。从全蛋白质组深度筛选核心互作因子，到内源性验证互作特异性，再到定量分析蛋白泛素化动态，谱度众合的技术平台为研究提供了全程、高质量的服务，确保了研究的顺利推进和高质量成果的产出。未来，随着IP-MS技术的不断发展，其在植物分子生物学和作物遗传育种领域将发挥越来越重要的作用。
撰写人：李维丽
审核人：肖宇琴
参考文献
An JP, Zhao L, Liao L, et al. The deubiquitinase UBP15 and the E3 ubiquitin ligase PUB17 coordinate GLK1 stability in apple anthocyanin deposition. Plant Cell. 2026;38(3):koag029. doi:10.1093/plcell/koag029
本文由谱度众合“生物标志物发现与药物靶点筛选平台”（该平台被认定为“国家生物产业基地公共服务平台”）完成蛋白质组学检测及分析工作。
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关键词： 服务案例The Plant Cell (IF:11.6)|IP-MS解码植物激素信号——苹果花青素调控中的“泛素化开关”
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