西北农林科技大学（763）园艺学院胡晓辉课题组揭示SlMYC2-SlNAC90-SlNAC102模块调控番茄低温胁迫响应的分子机制

近日，园艺学院设施农业生物与环境工程研究团队胡晓辉教授课题组在《Plant, Cell & Environment》期刊在线发表了题为“The SlMYC2‐SlNAC90‐SlNAC102 Module Mediates Low-Temperature Stress Responses in Tomato by Regulating Jasmonic Acid Biosynthesis”的研究论文。博士孟祥光为论文第一作者，胡晓辉教授为该论文的通讯作者。

低温胁迫是制约番茄生长发育与产量形成的主要非生物胁迫之一，温带地区番茄关键生育期（发芽、开花、果实发育）遭遇低温可导致减产超30%。尽管NAC转录因子和JA信号通路均被证实参与植物低温响应，但其在番茄中如何协同调控JA合成以应对低温的分子机制尚未明确。本研究针对这一科学问题，开展了系统研究。首先，研究团队基于前期番茄低温转录组数据，筛选到NAC家族成员SlNAC90——其表达受低温（4℃）和JA显著诱导。通过CRISPR-Cas9基因编辑和过表达技术构建SlNAC90转基因株系，发现过表达SlNAC90的番茄在低温处理后仍保持健康生长，而敲除株系出现严重萎蔫；生理指标显示，过表达株系的相对电导率（REC）、丙二醛（MDA）含量显著降低，过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）活性显著升高，同时光合系统II最大光化学效率（Fv/Fm）更稳定，活性氧（ROS）积累量减少，证实SlNAC90是番茄低温响应的正调控因子（图 1）。

图 1 SlNAC90过表达与敲除株系的低温表型及生理指标差异

为解析SlNAC90的作用靶标，研究通过酵母单杂交（Y1H）、凝胶迁移率变动实验（EMSA）、染色质免疫共沉淀-定量PCR（ChIP-qPCR）及双荧光素酶报告实验（Dual-Luc），证实SlNAC90可直接结合JA合成关键基因SlLOXC的启动子“CACG”基序，激活其转录。SlLOXC作为13-脂氧合酶（13-LOX）家族成员，是JA合成的限速酶——过表达SlLOXC可使低温下番茄叶片JA含量显著提升，ROS清除能力显著增强；而敲除SlLOXC则导致 JA 含量显著下降，低温敏感性显著增加，明确了SlLOXC是SlNAC90调控JA合成的直接下游靶基因。

进一步研究发现，SlNAC90可与另一个NAC家族成员SlNAC102发生蛋白互作（通过Y2H、GST Pull-Down、双分子荧光互补（BiFC）及荧光素酶互补成像（LCI）验证）。尽管SlNAC102自身不能结合SlLOXC启动子，但与SlNAC90互作后可显著增强SlNAC90对SlLOXC的结合与转录激活能力——Dual-Luc实验显示，两者共表达时SlLOXC的LUC/REN活性较SlNAC90单独表达显著提升，证实SlNAC102是SlNAC90的关键共激活因子。最后，研究团队聚焦JA信号通路核心转录因子SlMYC2，发现其表达同样受低温和JA诱导，且可通过结合SlNAC90、SlNAC102启动子的“G-box”基序（-CACGTG-），促进两者转录。

图 2  SlMYC2-SlNAC90-SlNAC102-SlLOXC模块调控番茄低温胁迫模式图

该研究聚焦于番茄的低温适应性机制，通过分子生物学与生理学结合的方法，揭示了 “SlMYC2-SlNAC90/SlNAC102-SlLOXC” 层级调控模块通过介导茉莉酸生物合成，增强番茄低温耐受性的分子通路；同时系统阐明了番茄低温胁迫下JA合成的层级调控机制，明确了转录因子间的协同互作模式，揭示了NAC转录因子间的共激活模式在JA代谢调控中的作用，以及SlMYC2作为JA信号与NAC转录网络“交叉节点”的功能，证实了JA代谢在低温响应中的核心作用。研究结果不仅深化了植物低温响应的分子调控理论，为园艺作物耐寒性遗传改良提供了关键分子靶点和理论支撑，更为番茄及其他冷敏感园艺作物的耐寒性分子育种提供了可利用的基因资源。

该研究得到国家重点研发计划（2024YFD2300704-02）、国家大宗蔬菜产业技术体系（CARS-23-D06）及陕西省重点研发计划（2024NC2-GJHX-29、2024NC-ZDCYL-05-08）的联合资助。

论文链接：https://doi.org/10.1111/pce.70268

编辑：王学锋

终审：刘玉峰