2015年10月29日，汤森路透旗下的知识产权与科技事业部与中国科学院文献情报中心联合发布了《2015研究前沿》报告，遴选出了2015年排名最前的100个热点研究前沿和49个新兴研究前沿。其中，“果实发育与成熟的分子调控机理”研究前沿被列为农业热点研究前沿之一。2015年12月，汤森路透与中国农业科学院农业信息研究所联合发布了《2015农业研究前沿》并对该前沿展开了深入解读。
一、热点前沿解读
1. 植物激素调控果实发育与成熟的分子机制
乙烯是一种气体激素，在植物果实发育与成熟过程中发挥重要作用，英国诺丁汉大学简述了乙烯的生物合成、信号转导途径基因对番茄等果实成熟的影响，通过反义技术抑制乙烯合成途径基因ACO1 和ACS2的表达显著影响番茄的成熟；乙烯信号途径基因ETHYLENE RESPONSE4（LeETR4），LeETR6，and NEVER-RIPE（NR）在番茄开始成熟时表达量显著上调，上述研究揭示乙烯是引发植物果实成熟的主要因素，同时推测乙烯通过与其他植物激素相互作用协同调控果实的发育与成熟；中国农业大学和北京农学院通过对番茄和草莓的果实进行外源激素处理，发现植物激素脱落酸（ABA）能够诱导乙烯合成基因的表达，促进乙烯的合成和果实成熟；利用RNA干涉技术抑制ABA合成途径关键基因SlNCED1发现ABA通过调控细胞壁代谢基因的表达影响番茄果实成熟过程中细胞壁的分解代谢，表明植物激素ABA的积累可能在果实的成熟和衰老过程中发挥重要作用。
关于植物激素调控果实发育与成熟的施引文献进一步证明植物激素的合成及其信号调控在果实发育与成熟过程中起到关键作用，但关于不同激素之间互作和协同的分子机制（如乙烯与脱落酸对果实成熟的调控）等问题还有待进一步深入研究。
2. 转录因子调控果实发育与成熟的分子机制
美国康奈尔大学研究发现MADS-Box家族转录因子RIPENING INHIBITOR（RIN）和AGAMOUS-LIKE1（TAGL1）通过调控植物激素乙烯的生物合成、信号转导途径在番茄果实的成熟过程中发挥重要作用；日本国立食品研究所进一步利用免疫共沉淀结合基因芯片分析的方法鉴定了RIN转录因子的下游目的基因，揭示RIN直接参与调控类胡萝卜素积累、乙烯合成、叶绿体降解等一系列生理生化过程。以色列魏兹曼研究所发现TAGL1通过直接激活植物激素乙烯合成基因ACS2来调控番茄果实的成熟。荷兰奈梅亨大学研究发现另外一类MADS-Box家族转录因子FRUITFULL1（FUL1）和FUL2与RIN存在相互作用，共同参与调控番茄的果实成熟，并且揭示该种遗传调控是不依赖于已知的乙烯途径。此外，荷兰瓦赫宁根大学通过基因沉默研究，发现转录因子APETALA2a（AP2a）直接参与调控植物激素乙烯的合成和信号传导，番茄AP2a基因沉默导致果实形状改变，类胡萝卜素积累减少，表明AP2a转录因子在番茄果实的发育和成熟过程中发挥负调控因子的作用。美国加州大学和康奈尔大学通过将人工栽培品种与野生品种的番茄进行杂交实验，发现影响番茄果实着色的农艺性状主要受一个被称为Golden-like2（GLK2）的转录因子决定，GLK通过调控叶绿素在果实中的积累和分布来控制番茄果实的色泽和成熟度。
虽然目前克隆了一些控制果实发育与成熟的转录因子并对其调控机制进行了初步探索，但是关于转录因子与植物激素之间，转录因子相互作用蛋白及其下游调控基因之间的互作关系仍不清晰，进一步开展果实发育与成熟的调控网络解析是当前的主要研究热点。
3. 利用组学方法研究果实发育与成熟的调控网络
随着基因组学，转录组学、蛋白组学、代谢组学等组学技术的迅速发展，组学研究方法被广泛应用于果实发育与成熟的研究中。德国马普分子植物生理学研究所，美国康奈尔大学等科研机构合作，系统检测番茄果实发育与成熟过程中转录组、蛋白组和代谢组的变化，并进一步对组学数据开展全基因组关联分析，揭示转录后调控机制在早期果实成熟过程中发挥重要作用，同时指出果实成熟过程与有机酸、糖和细胞壁代谢过程存在显著相关性；美国康奈尔大学通过对不同发育时期的番茄果实开展全基因组甲基化分析，揭示甲基化等表观修饰在果实成熟过程中发挥特异性的调控作用，此外，荷兰瓦赫宁根大学通过高通量测序分析发现小RNA介导的mRNA剪切也参与调控番茄果实的发育和成熟。
利用组学方法研究果实发育与成熟的调控网络的施引文献进一步表明多学科之间的交叉融合对于揭示果实发育与成熟的分子调控机制显得尤为重要。随着越来越多作物的基因组被解析，充分利用不同作物资源，结合转录组和代谢分析，阐明果实发育和成熟过程中各类代谢化合物的生物合成途径，鉴定其关键酶基因，研究酶产物特征，将为进一步深入解析果实发育和成熟的生物学过程和调控网络奠定基础。
二、热点前沿趋势预测
随着高通量测序技术的快速发展，通过对作物表型的大规模观察和记录，将极大地提高重要调控因子发现和鉴定的速度；代谢组学技术的进一步成熟，使得对果实发育中重要代谢物的鉴定和功能研究成为可能，因此通过基因组和代谢组学的结合，将有利于果实发育和成熟的生物学过程的解析，极大地推进分子调控网络的构建；蛋白组学在果实发育和成熟分子机制研究中的应用仍较为缺乏。而作为最终的功能蛋白，研究蛋白质组成结构和功能，蛋白与蛋白之间的相互作用，也将是解析果实发育和成熟调控网络研究中的关键一环。未来，通过整合基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等多组学多类型的大量数据，有利于我们更好地构建基因与基因、蛋白与蛋白以及基因与蛋白之间复杂的调控网络，从而有助于我们理解果实发育和成熟的分子调控机制。多重组学相结合的研究手段为我们今后解析果实发育和成熟的分子调控网络提供了更加新颖的视角，也是研究该热点前沿未来主要的发展趋势。
（编译 孙巍）
