廣東
近日，Molecular Plant在線發表了山東農業大學生命科學學院盧從明教授團隊莊焜揚副教授的題為“The SlbZIP30-SlbZIP51 module safeguards photosynthesis under chilling stress by coordinating nuclear transcriptional activation and chloroplast protein stabilization in tomato”的研究論文。山東農業大學生科院本科生胡瑛琦、碩士研究生王甜甜、張廣鴻等為論文并列第一作者；山東農業大學生科院莊焜揚副教授為論文通訊作者。
研究團隊發現番茄中存在一套由SlbZIP30與SlbZIP51介導的葉綠體 - 細胞核雙區室低溫光保護機制。雙定位蛋白SlbZIP30一方面在葉綠體中穩定光合蛋白SlTPI1、SlLHCA1，保障光合結構穩定；另一方面入核與SlbZIP51形成異源二聚體，轉錄激活SlCPN60α1、SlTPI2、SlRBCS1等光合相關基因，協同保障低溫下番茄的光合能力。該發現拓展了植物低溫光保護的調控認知，為作物抗低溫智能調控線路的人工設計提供了理想載體。
低溫是制約番茄生產的非生物脅迫之一，作為喜溫園藝作物，番茄對低溫十分敏感，設施栽培中早春低溫常造成光合機構損傷、碳同化能力下降，進而導致產量與品質受損。光合系統是低溫脅迫的核心作用靶點，維持葉綠體蛋白穩態與卡爾文循環功能是提升植物低溫耐受性的關鍵，但目前番茄低溫光合保護的精細調控機制仍不全面。bZIP轉錄因子廣泛參與植物非生物脅迫響應，而其在光合保護中的功能鮮為人知，尤其是通過蛋白核質動態轉位介導的多區室協同調控通路尚未被系統解析。與此同時，基于內源溫度響應機制開發可逆的人工調控模塊，也為作物抗逆性狀的定向改良提供了重要研究方向。
該研究發現，番茄中兩個I類bZIP轉錄因子SlbZIP30與SlbZIP51是低溫脅迫下光合保護的關鍵調控因子，正常生長條件下SlbZIP30同時定位于葉綠體與細胞核，低溫脅迫下轉錄因子SlDREB26表達受誘導上調并激活SlbZIP30轉錄，促使其在葉綠體中顯著積累，通過與SlLHCA1、SlTPI1蛋白互作維持二者穩定性以保障光合系統功能完整；與此同時，細胞核內積累的SlbZIP30可與發生低溫誘導性核質轉位的SlbZIP51形成互作復合體，協同激活SlRBCS1、SlTPI2及SlCPN60α1等下游基因表達以增強碳固定能力，其中SlbZIP51具備獨特的溫度依賴性可逆核質穿梭特性，25℃常溫下主要滯留于細胞質，低溫處理10分鐘內即可快速入核，復溫后重新返回細胞質，從而精準調控低溫保護基因的表達時序與表達水平，增強番茄的低溫抗性；基于這一內源調控機制，研究團隊進一步設計出人工低溫調控模塊（CRM），低溫脅迫下SlbZIP51K187R-GAL4-VP16融合蛋白發生核轉位，通過結合G4BE順式作用元件啟動ANT1等目標基因表達以促進花青素合成、強化抗氧化防御；而在溫度回升后該融合蛋白經核輸出離開細胞核使調控回路失活，最終實現低溫響應的精準可逆控制。
圖1 低溫脅迫下SlbZIP30 - SlbZIP51保護光合作用的功能模型
該研究解析了番茄I類bZIP轉錄因子SlbZIP30與SlbZIP51通過葉綠體、細胞核雙區室協同調控低溫光合保護的分子機制，深化了人們對作物低溫響應調控規律的認識；其揭示的SlbZIP51溫度依賴性可逆核質轉位特性，可為環境響應型基因調控元件的開發提供參考；基于內源調控機制設計的人工低溫調控模塊，也為番茄低溫抗性的定向改良提供了合成生物學層面的可行路徑。
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