近日，Plant Biotechnology Journal在線(xiàn)發(fā)表了園藝學(xué)院李建明教授團(tuán)隊(duì)題為“Regulation of jasmonic acid signalling in tomato coldstress response: Insights into the MYB15-LOXD andMYB15-MYC2-LOXD regulatory modules”的研究論文。該論文深入探索番茄在低溫環(huán)境下的應(yīng)對(duì)機(jī)制，揭示了植物激素脫落酸（ABA）和茉莉酸（JA）在其中的關(guān)鍵角色，為提高作物的抗寒能力提供了新的策略。

 

 

　　植物通過(guò)涉及多通路與信號(hào)分子的復(fù)雜機(jī)制響應(yīng)冷脅迫。在植物激素信號(hào)應(yīng)答中，ABA在冷應(yīng)力暴露時(shí)迅速積累，使植物減輕寒冷脅迫造成的損害。低溫下ABA的快速累積主要依賴(lài)轉(zhuǎn)錄因子SlMYB15。但持續(xù)性高濃度ABA信號(hào)會(huì)抑制番茄生長(zhǎng)。前人研究發(fā)現(xiàn)sly-miR156e-3p通過(guò)抑制SlMYB15轉(zhuǎn)錄，阻止ABA過(guò)度累積（Zhang et al., 2022）。盡管ABA減少，番茄并未表現(xiàn)敏感性增強(qiáng)。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)ABA和JA對(duì)冷脅迫的響應(yīng)速率不同。在4°C處理的番茄葉片中，ABA水平在6小時(shí)達(dá)到峰值，而JA在24小時(shí)達(dá)到最高水平。這說(shuō)明JA可能是持續(xù)調(diào)控番茄低溫抗性的重要信號(hào)。

 

 

　　研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子SlMYB15在冷害初期不僅激活A(yù)BA的合成，仍能通過(guò)直接結(jié)合并激活JA生物合成關(guān)鍵基因SlLOXD的啟動(dòng)子，促進(jìn)JA的合成。轉(zhuǎn)錄因子SlMYC2通過(guò)接收J(rèn)A信號(hào)進(jìn)一步與冷害應(yīng)答基因SlCBF1/2的直接交互，通過(guò)雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)，發(fā)現(xiàn)SlMYC2能顯著增強(qiáng)這些基因啟動(dòng)子的活性。電泳遷移率變化實(shí)驗(yàn)（EMSA）也證實(shí)了SlMYC2蛋白能特異性地結(jié)合到SlCBF1/2啟動(dòng)子上，進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)低溫的抵抗力。
 

 

　　轉(zhuǎn)錄因子SlMYB15是番茄中SlCBFs、ABA和JA通路的關(guān)鍵調(diào)控因子。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，SlMYB15的表達(dá)峰值與ABA的最大積累峰值一致，但與JA的不同。在暴露于4°C的最初6小時(shí)內(nèi)，SlMYB15的表達(dá)水平以及ABA和JA的含量持續(xù)增加。這表明SlMYB15在低溫初始階段激活A(yù)BA和JA中起關(guān)鍵作用。值得注意的是，在這個(gè)6小時(shí)的窗口期之后，由于sly-miR156e-3p的表達(dá)水平開(kāi)始上升，SlMYB15被轉(zhuǎn)錄抑制，ABA水平下降。這表明其他因素可能有助于JA的持續(xù)合成。研究團(tuán)隊(duì)的結(jié)果表明，在4°C處理下，與TRV2對(duì)照相比，TRV2:SlMYB15株系中的SlLOXD啟動(dòng)子活性增加。此外，與野生型相比，SlLOXD表達(dá)水平在SlMYB15超表達(dá)株系（MYB15OE-18）和突變體（myb15-14）中的表達(dá)均升高。鑒于SlLOXD的表達(dá)受SlMYC2正向調(diào)控（Yan et al., 2013），在4°C處理6小時(shí)后，SlMYC2似乎補(bǔ)償了SlMYB15水平的降低，即使在SlMYB15被sly-miR156e-3p降解的情況下，仍繼續(xù)促進(jìn)SlLOXD的表達(dá)。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探究發(fā)現(xiàn)在SlMYB15超表達(dá)株系中SlMYC2的表達(dá)水平降低，并且使用雙熒光素酶報(bào)告系統(tǒng)（Dual-LUC）檢測(cè)證實(shí)SlMYB15抑制了SlMYC2啟動(dòng)子活性。這表明，在4°C處理后，由于SlMYB15對(duì)SlMYC2的抑制，ABA通路比JA通路優(yōu)先響應(yīng)。與沉默單個(gè)轉(zhuǎn)錄因子相比，同時(shí)沉默SlMYB15和SlMYC2導(dǎo)致番茄葉片對(duì)冷的敏感性增加。這一發(fā)現(xiàn)凸顯了SlMYB15和SlMYC2在介導(dǎo)冷脅迫響應(yīng)中的互補(bǔ)作用。盡管SlMYB15和SlMYC2都能直接結(jié)合并激活SlLOXD啟動(dòng)子，但SlMYC2對(duì)SlLOXD啟動(dòng)子活性的影響更為顯著。

 

　　研究提出了一個(gè)模型，描繪了番茄植株響應(yīng)冷脅迫時(shí)SlMYB15、SlMYC2和SlLOXD之間的分子相互作用。結(jié)果表明，在低溫暴露6小時(shí)后，SlMYB15結(jié)合SlLOXD啟動(dòng)子，導(dǎo)致SlLOXD表達(dá)增加和JA積累，同時(shí)抑制SlMYC2的表達(dá)。冷脅迫24小時(shí)后，SlMYB15的表達(dá)被sly-miR156e-3p抑制，這反過(guò)來(lái)又增加了SlMYC2的表達(dá)。隨后，SlMYC2增強(qiáng)SlLOXD啟動(dòng)子的活性，并促進(jìn)冷響應(yīng)基因SlCBF1和SlCBF2的表達(dá)。這些發(fā)現(xiàn)為理解番茄植株響應(yīng)冷脅迫的分子機(jī)制提供了寶貴的見(jiàn)解，突出了關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的動(dòng)態(tài)調(diào)控及其在增強(qiáng)耐冷性中的作用。

 

　　園藝學(xué)院李建明教授和胡曉輝教授為該論文的共同通訊作者。已畢業(yè)博士研究生李文鑫（現(xiàn)就職于中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所）和已畢業(yè)碩士研究生文勇帥為論文的第一作者。該研究獲得中國(guó)農(nóng)業(yè)科研系統(tǒng)（CARS-23-C05）和陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（2022JQ-190）的資助。

 

　　文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70201