aBIOTECH | 胡大刚团队揭示MdWRKY125-MdSUS3模块在冷凉环境下提升苹果果实风味的分子机制

苹果果实发育过程中，适度的冷凉环境可以促进糖分积累并提高糖酸比，从而提升果实品质。蔗糖合酶（SUS）作为蔗糖代谢的关键酶，在碳分配和果实品质调控中扮演重要角色。然而，冷凉环境信号如何通过转录调控网络精确调控蔗糖合酶基因表达，进而影响果实风味，一直是植物学领域亟待解决的科学问题。

近日，山东农业大学园艺科学与工程学院胡大刚教授团队在aBIOTECH 发表了题为“MdWRKY125 bridges cold condition to fruit flavor by activating sucrose synthase gene MdSUS3 in apple”的研究论文。该研究在苹果中鉴定到一个响应冷处理的WRKY转录因子MdWRKY125，揭示了其通过直接激活蔗糖合酶基因MdSUS3的表达，促进苹果果实糖分积累，调节果实风味，从而在冷凉环境下提升果实风味品质的分子调控机制。这一发现为理解果实品质形成的环境应答机制提供了全新视角。

WRKY家族是植物中一个重要的转录因子家族。WRKY转录因子可调控植物对多种环境因子的响应，包括冷处理、干旱及病原体侵染。为了挖掘参与果实糖代谢调控的候选转录因子，作者对苹果基因组中的WRKY家族成员进行了系统分析。研究发现，MdWRKY125属于WRKY家族的Group IIa亚组，其蛋白结构域高度保守，且在进化上与其他蔷薇科植物的同源蛋白聚类紧密。

通过分析不同发育阶段的苹果果实转录组数据，作者发现MdWRKY125在果实发育后期的表达水平显著升高，尤其在成熟期达到峰值，与果实糖分快速积累时期高度吻合（图1）。这一表达模式暗示MdWRKY125可能参与果实成熟过程中的糖分积累与品质形成。

为了验证MdWRKY125在果实糖分积累中的功能，作者构建了瞬时转化MdWRKY125的苹果果实和稳定过量表达的苹果愈伤组织体系。表型鉴定结果表明，过表达MdWRKY125显著提高了苹果果实中果糖、葡萄糖和蔗糖的含量，降低了苹果酸的含量（图2），从而提高果实糖酸比。

为了阐明MdWRKY125调控糖分积累的分子机制，作者结合RNA-seq转录组测序和酵母单杂交（Y1H）筛选，鉴定到蔗糖合酶基因MdSUS3是MdWRKY125的直接靶基因。MdSUS3是苹果中催化蔗糖分解与合成的关键酶基因，在糖分转运和库器官建成中发挥重要作用。

通过染色质免疫共沉淀定量PCR（ChIP-qPCR）和电泳迁移率变动分析（EMSA），作者证实MdWRKY125能够特异性结合MdSUS3启动子中的W-box顺式元件（TTGACC/T），并根据LUC和GUS实验验证MdWRKY125显著激活MdSUS3转录活性（图3）。

鉴于冷凉环境是影响果实成熟和糖代谢的重要环境因子，作者进一步检测了MdWRKY125在冷处理下的表达响应。结果显示，冷处理显著诱导MdWRKY125的表达，表明该基因是一个冷响应转录因子（图4）。随后，作者通过使用携带MdWRKY125_pro::GUS报告基因的苹果愈伤组织进行GUS检测，验证了冷处理直接激活MdWRKY125启动子。

为验证MdWRKY125是否为将冷信号传递至其下游靶基因MdSUS3所必需的因子，作者将含有MdSUS3_pro::GUS的构建体、过表达载体35S::MdWRKY125以及反义载体35S::antiWRKY125分别导入苹果愈伤组织中。对转基因愈伤组织冷处理后进行GUS染色；未处理的转基因愈伤组织则作为对照组。结果显示，含有MdSUS3_pro::GUS + 35S::MdWRKY125的转基因愈伤组织，其GUS活性显著高于仅含MdSUS3_pro::GUS的转基因愈伤组织；过表达MdWRKY125可增强MdSUS3_pro::GUS愈伤组织中的GUS活性，而冷处理则能进一步提升该GUS活性。

这些结果表明，冷处理通过诱导MdWRKY125的表达，进而激活下游MdSUS3的转录，最终促进果实中糖分的积累，从而在冷凉环境下提升果实的风味品质。

基于本研究结果，作者提出了一个关于MdWRKY125–MdSUS3模块在响应冷凉时调控苹果果实风味的作用模型（图5）。在正常条件下，该模块维持基础水平的活性；冷处理可增强MdWRKY125的转录活性；激活后的MdWRKY125显著上调MdSUS3的表达，从而驱动蔗糖代谢向可溶性糖积累方向转变，并改善糖-酸比，提高果实风味。

该研究首次揭示了MdWRKY125作为冷信号与果实糖代谢之间的分子桥梁，阐明了冷处理条件下苹果果实通过激活WRKY转录因子调控糖酸表达、进而提高苹果果实风味品质的分子机制。这一发现不仅丰富了我们对植物在冷凉环境下提升果实品质的调控网络认识，也为通过分子育种手段改良苹果及其他蔷薇科果树的冷环境适应性和果实风味品质提供了重要的理论依据和潜在的基因资源。

该研究得到了山东省重点研发计划农业良种工程（2025LZGC005），泰山学者特聘专家项目（Grant No. tstp20250723），泰山学者青年专家项目（Grant No. tsqnz20231206），国家自然科学基金（32572986）山东省自然科学基金（ZR2024QC255）的资助。山东农业大学硕士生庄英钰为本文的第一作者，山东农业大学园艺学院胡大刚教授和赵婷婷副教授为共同通讯作者。

引用本文：

Zhuang Y-Y, Du L-D, Wei M-M, Zhang W-J, Wang H-C, Zhao T-T, et al. MdWRKY125 bridges cold stress and fruit flavor by activating the sucrose synthase gene MdSUS3 in apple. aBIOTECH 2026:100083.

https://doi.org/10.1016/j.abiote.2026.100083

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