甜樱桃果实色泽艳丽、营养丰富，深受消费者青睐。花色苷是决定甜樱桃外观与营养品质的关键色素，其生物合成途径已被较为深入地解析，但花色苷合成之后如何被“装车运输”、运往液泡储存的机制仍不清晰。近日，我所樱桃遗传育种研究室在《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（美国化学会旗下农业与食品化学领域权威期刊，IF=6.7）发表研究，首次在甜樱桃基因组中系统鉴定了多药和有毒化合物外排转运蛋白（MATE）基因家族，并解析了PavMYB10.1–PavMATE50/51调控花色苷积累的分子模块，为甜樱桃色泽品质改良提供了理论依据和基因资源。

研究在甜樱桃全基因组中共鉴定到54个PavMATE基因，系统进化分析将其划分为5个亚组，各亚组在基因结构和保守基序上分化明显；该家族在进化中主要受纯化选择以维持功能稳定，与酸樱桃、桃、苹果的同源关系最近。启动子分析发现，PavMATE基因富含MYB结合元件，暗示其表达受MYB类转录因子调控。

表达分析表明，PavMATE50和PavMATE51的表达量随果实成熟、着色加深而持续升高：在‘雷尼’果实的RT-qPCR验证中，PavMATE50在花后7周和9周分别上调22.78倍和21.10倍，PavMATE51在花后9周达到峰值，与果实着色进程高度吻合。

图1 甜樱桃果实发育过程中PavMATE基因的表达模式

亚细胞定位显示，PavMATE50定位于高尔基体，PavMATE51定位于内质网，与已报道的大多数定位于液泡膜的MATE转运蛋白明显不同。据此研究提出，甜樱桃中可能存在一条“内质网—高尔基体”介导的花色苷转运新通路：花色苷在内质网合成后被PavMATE51识别装载，经囊泡运输至高尔基体，再由PavMATE50进一步分选，定向进入液泡稳定储存。

图2 PavMATE50和PavMATE51在烟草叶片中的亚细胞定位

在烟草中异源过表达PavMATE50/51均显著促进花瓣花色苷积累、花色加深，飞燕草素、天竺葵素、矢车菊素及其糖苷衍生物含量显著提高，表明这两个基因对花色苷具有明显的底物偏好性。双荧光素酶报告基因、AlphaFold3蛋白—DNA复合物预测和凝胶阻滞（EMSA）实验共同证实：花色苷合成的核心调控因子PavMYB10.1可直接结合PavMATE50/51的启动子并激活其转录。由此形成“PavMYB10.1–PavMATE50/51”调控模块，协同启动花色苷的“合成”与“运输”两个环节，保障果实着色。

图3 PavMATE50/51过表达促进烟草花瓣花色苷积累

综上，本研究首次系统解析了甜樱桃MATE基因家族，阐明了PavMYB10.1转录调控PavMATE50/51介导花色苷转运的分子机制，为改善甜樱桃色泽品质、培育高花色苷含量的甜樱桃新品种提供了候选基因资源和理论支撑。

图4 PavMYB10.1–PavMATE50/51调控甜樱桃花色苷积累的工作模型

冯琛助理研究员为论文第一作者，段续伟研究员和张晓明副研究员为共同通讯作者，团队成员王晶、吴传宝、王未等参与研究。本研究得到北京市农林科学院探索项目（TSXM202521）、北京市农林科学院创新能力专项（KJCX20240408）和国家自然科学基金（32372664）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.6c07607