酶促褐变的抑制实验结果分析（阿拉伯半乳聚糖蛋白AGPs在果实成熟过程中的作用）
酶促褐变的抑制实验结果分析（阿拉伯半乳聚糖蛋白AGPs在果实成熟过程中的作用）AGPs的表达和积累：Fig. 2: Schematic description of spatio-temporal distribution of AGPs.AGPs通常为高度糖基化的富含羟基脯氨酸的糖蛋白(HRGPs)，碳水化合物占95%，蛋白骨架上Ⅱ型阿拉伯半乳聚糖(type II arabinogalactan)与以β-(1 3)-糖苷键为骨架的多糖共价结合。AGPs的碳水化合物部分因为Ⅱ型阿拉伯半乳聚糖的数量不同而表现出多分散性，其蛋白部分的典型特征为具有Ala-Pro Pro-Ala Thr-Pro Ser-Pro Val-Pro和Gly-Pro的多肽重复。由于C端具有一个糖基磷脂酰肌醇锚[glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchor]结构，AGPs位于细胞质膜外侧，特定的磷酸酯酶可以使它们被释放到细胞壁并发挥胞外传感器的作用。A
果实是园艺作物最主要的产品，可供鲜食或者加工为有益健康和富有营养的产品。高品质的果实一直是种植者、销售商、食品行业和消费者巨大的需求。然而果实品质特性是在生长发育和成熟过程中逐步形成的，并且依赖于其自身对逆境、病原侵染和物理破坏等的抗性。植物果实的品质指标和生物技术用途大都与力学特性有关。从力学角度看，细胞之间由中胶层（胞间层）相连，细胞膨压（含水量）、细胞间隙和细胞壁的特性对果实品质形成具有重要作用。
如今，关于分子层面细胞与细胞相互黏连以及细胞壁重塑的调控机制仍不清楚，对果实力学特性的控制还不能完全实现。细胞壁的生物力学模型由三种多糖组成：纤维素、半纤维素和果胶，然而它们之间是如何组装的仍有待探讨。通常，纤维素-半纤维素网络作为支架，果胶则作为基体增塑剂以及中胶层内使细胞相互黏连的成分。该系统在果实的发育、成熟阶段是处于高度动态的。研究表明，果实中发现的阿拉伯半乳聚糖蛋白(arabinogalactan proteins AGPs)可能影响细胞壁的装配，进而影响果实特性。AGPs属于蛋白聚糖，糖基化是其行使重要功能的必要前提。研究显示，AGPs参与离层分化和器官脱落过程，鉴于细胞壁分解对离层细胞分离和果实软化都是必要的，因此推测AGPs 可能也调控果实的成熟过程。
近日，Horticulture Research在线发表了波兰科学院Agata Leszczuk等人题为The role of arabinogalactan proteins (AGPs) in fruit ripening—a review的综述文章，该综述介绍了果实组织中AGPs的结构和分布特点，总结了逆境胁迫对AGPs的影响以及目前的研究进展，旨在寻找AGPs可能调控果实成熟与其已知特性之间的联系，以帮助发现新的调控果实发育的途径。
AGPs的结构和分布：
AGPs通常为高度糖基化的富含羟基脯氨酸的糖蛋白(HRGPs)，碳水化合物占95%，蛋白骨架上Ⅱ型阿拉伯半乳聚糖(type II arabinogalactan)与以β-(1 3)-糖苷键为骨架的多糖共价结合。AGPs的碳水化合物部分因为Ⅱ型阿拉伯半乳聚糖的数量不同而表现出多分散性，其蛋白部分的典型特征为具有Ala-Pro Pro-Ala Thr-Pro Ser-Pro Val-Pro和Gly-Pro的多肽重复。由于C端具有一个糖基磷脂酰肌醇锚[glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchor]结构，AGPs位于细胞质膜外侧，特定的磷酸酯酶可以使它们被释放到细胞壁并发挥胞外传感器的作用。AGPs都具有一个结构严谨的糖基化位点，同时该位点包含一对可以结合Ca2 的葡萄糖醛酸残基，与其功能密切相关。沉默P4H(prolyl 4hydroxylases)基因后，脯氨酸羟基化被抑制，AGPs不能糖基化，导致AGPs合成异常，最后降解而含量降低。
AGPs的正常糖基化影响离子结合、细胞壁-细胞膜完整性的建成和AGPs与其他细胞壁组分的交联。AGPs可以螯合Ca2 ，因此参与细胞的Ca2 信号传导。AGPs在体外和体内都具有聚集倾向，AGPs自身的相互作用与其被报道的黏连能力吻合，AGPs的黏连特性也有利于细胞膜-细胞壁的连接，但果实中AGPs的黏附能力仍缺乏研究。
研究显示，在成熟的葡萄果实中含有大量的AGPs，未成熟的果实中AGPs含量较低。利用免疫细胞化学技术对苹果和番茄果实的研究显示，AGPs分布于果实维管束边缘，细胞壁纹孔和螺纹加厚处以及厚壁组织细胞。苹果果实在成熟衰老过程中，AGPs的分布从最初的细胞壁边缘逐渐扩散到与细胞质膜相连，最后充满整个胞外基质。同样，番茄果实成熟过程中，在细胞壁和细胞膜之间充满了AGPs。
Fig. 1: AGPs properties and functions.
Fig. 2: Schematic description of spatio-temporal distribution of AGPs.
AGPs的表达和积累：
目前已鉴定到325个AGPs，其中有42个典型的AGPs和22个非典型的AGPs。番茄SlAGP1和SlAGP7基因在果实成熟过程的表达水平发生变化，表明它们参与番茄成熟过程。对番茄果实成熟阶段四个时期[Breaker(BR 发白期) BR 5 days BR (7–10) days 以及BR 10 days]，36个AGPs的表达模式分析显示，c-AGP4和c-AGP5在BR (7–10) days时期（果实由浅红色向红色成熟期过渡）明显上调表达，c-AGP10-like FLA17 AGP13和c-AGP9-like在此时期表达量也略有升高。FLA14在BR 5 days BR (7–10) days两个时期表达水平降低。这些基因对果实成熟的重要性需要进一步研究。
对上述7个AGPs基因的启动子进行分析，c-AGP4 c-AGP5和AGP13基因启动子区域都包含E4顺式作用元件，而E4顺式作用元件响应果实成熟信号，说明这3个基因可能具有与E4基因相同的调控果实成熟的功能；c-AGP4 c-AGP9和AGP13的启动子都含有G-box顺式作用元件，bHLH类转录因子和bZIP类转录因子都可以和G-box结合。实验表明，过表达转录因子SlbZIP1和SlbZIP2后能够增加番茄果实的蔗糖含量，同时3个番茄SlbHLH基因的表达与果实成熟相关。
P4Hs基因表达变化对AGPs功能的影响：
AGPs的翻译后修饰的第一步为P4Hs催化脯氨酸羟基化，在此基础上后续糖基化修饰才可能正常进行，最终保证AGPs能够在细胞壁中发挥交联作用。遗传学分析表明，P4Hs基因调节AGPs的含量和结构，并且影响细胞膨大和果实离层的形成。
胁迫因子决定AGPs的存在：
低氧、机械伤和真菌病原都可诱导AGPs的表达水平发生改变。
综上，由于番茄果实成熟过程中至少有两个AGPs基因上调表达，而且AGPs使果胶中的多糖组分交联在一起，因此AGPs的含量或结构发生改变可能改变其与果胶中糖类的相互作用以及阿拉伯木聚糖聚糖结构，进而影响果胶甲酯酶和聚半乳糖醛酸酶与果胶组分的结合机会，即AGPs会影响细胞壁的分解，进而影响果实的软化。
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41438-020-00397-8
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Horticulture Research 是由南京农业大学与自然出版集团（现Springer Nature）合作创办的英文期刊，是Nature旗下唯一的园艺领域专刊。所有关于园艺作物的基础和理论研究都可以投稿。Horticulture Research 科睿唯安JCR2019影响因子：5.404，位于园艺一区（第1/36名），植物科学一区（第16/234名），遗传学一区（第24/177名）。2019年中科院期刊分区（基础版）：位于园艺小类一区，植物科学小类一区，农林科学大类一区（Top期刊）。
