2022年11月10日，Journal of Advanced Research（IF=12.822）在线发表了北京市林木分子设计与辅助育种高精尖中心、北京农学院园艺学科撰写的题为“The miR408a-BBP-LAC3/CSD1 module regulates anthocyanin biosynthesis mediated by crosstalk between copper homeostasis and ROS homeostasis during light induction inMalusplants”的研究论文。

微量元素铜在经济植物生长发育与品质形成中具有重要作用。随着波尔多液等含铜类生物制剂在生产上广泛应用，微量元素铜在调控品质发育和抗生物逆境机理研究开始引起了研究者关注。在苹果属植物中miR408是否介导铜稳态和活性氧稳态，从而调控叶片与果实花色素苷生物合成尚不清晰。本研究首先证实了碱性铜蓝蛋白BBP与铜结合蛋白LAC3(漆酶)、铜/锌SOD超氧化物歧化酶CSD1蛋白发生互作，暗示铜稳态与ROS稳态之间的串扰可能由miR408-BBP模块介导，从而调节苹果属植物花色素苷的积累。进一步证明过表达miR408a或抑制BBP表达显著增加铜结合蛋白和铜转运相关基因的表达，并促进光诱导苹果属植物花色素苷的积累。抑制miR408a表达或过表达BBP则结果相反。此外，光诱导显著提高了miR408a、CSD1和LAC3，以及编码铜转运蛋白和铜伴侣蛋白相关基因的表达，却显著降低BBP的表达，导致细胞内铜含量和花色素苷积累增加。过量Cu处理显著增加苹果属植物花色素苷的积累和Cu结合蛋白基因(BBP、LAC3和CSD1)的表达，而降低miR408a和Cu转运相关基因的表达，从而维持铜胁迫条件下苹果属植物细胞内Cu稳态和ROS稳态。研究构建了在-Cu和+Cu条件下，光照与黑暗条件下miR408a-BBP-LAC3/CSD1模块调控苹果属植物叶片和果实铜稳态和花色苷积累分子机制。

图1miR408a-BBP-LAC3/CSD1模块在-Cu和+Cu条件下调控铜稳态和花色苷积累分子机制模式图

Cu过量条件下，植物细胞感知外界Cu过量信号，miR408a表达显著下调，导致其靶基因BBP表达显著上调。铜结合蛋白CSD1和LAC3表达水平协同增加，增加了细胞内Cu含量和叶片花色苷积累，叶片红色加深。另一方面，铜转运基因表达量的显著降低，进一步缓解了过量铜对细胞造成的毒害。缺铜条件下，miR408a表达显著上调，其靶基因BBP表达显著下调。CSD1和LAC3的表达水平协同降低造成细胞内铜的结合减少，另一方面，铜转运蛋白表达量的显著增加，促进了细胞内铜的转运，从而利于铜饥饿条件下植物体细胞内铜稳态的恢复。然而，细胞内铜含量下降导致细胞内花色素苷积累减少，使得叶片表现为绿色。

图2miR408a-BBP-LAC3/CSD1模块调控苹果果实光诱导花色苷积累机制模式图

光诱导苹果果实着色过程中，miR408a显著上调，靶基因碱性铜蓝蛋白BBP显著下调，铜结合蛋白(LAC3、CSD1)和铜转运蛋白(ATX1、COPT6、CCO2)显著上调，以上结果协同促进了细胞内Cu含量的增加，从而促进苹果果实中花色苷的合成。此外，CSD1转录本水平显著增加，以减少ROS的积累。最终，相对较高的铜含量促进了花色苷生物合成基因的表达和苹果着色。黑暗条件下，miR408a和BBP表达分别下调和上调，并伴随铜结合蛋白和铜转运蛋白基因表达量的显著下降，导致细胞内铜含量下降，花色苷合成基因下调，花色苷合成能力下降。

本研究为miR408a-BBP-LAC3/CSD1模块感知外界光信号和铜信号，调节细胞内铜稳态和ROS稳态，调控苹果属植物花色素苷生物合成分子机制提供了新见解、也为含铜类生物源农药的应用提供了新的证据。北京市林木分子育种高精尖中心、北京农学院植物科学技术学院青年教师胡玉净、硕士研究生及佳宜、程昊、罗容丽为论文并列第一作者，姚允聪教授和张杰教授为论文通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金、北京市高精尖学科建设项目、北京林木分子设计育种高精尖创新中心、北京市林果业协同创新中心、北京市教委基金的资助。