近日，Plant Biotechnology Journal在线发表了园艺学院李建明教授团队题为“Regulation of jasmonic acid signalling in tomato coldstress response: Insights into the MYB15-LOXD andMYB15-MYC2-LOXD regulatory modules”的研究论文。该论文深入探索番茄在低温环境下的应对机制，揭示了植物激素脱落酸（ABA）和茉莉酸（JA）在其中的关键角色，为提高作物的抗寒能力提供了新的策略。

ABA和JA激素协同调控低温抗性

植物通过涉及多通路与信号分子的复杂机制响应冷胁迫。在植物激素信号应答中，ABA在冷应力暴露时迅速积累，使植物减轻寒冷胁迫造成的损害。低温下ABA的快速累积主要依赖转录因子SlMYB15。但持续性高浓度ABA信号会抑制番茄生长。前人研究发现sly-miR156e-3p通过抑制SlMYB15转录，阻止ABA过度累积（Zhang et al., 2022）。尽管ABA减少，番茄并未表现敏感性增强。研究团队发现ABA和JA对冷胁迫的响应速率不同。在4°C处理的番茄叶片中，ABA水平在6小时达到峰值，而JA在24小时达到最高水平。这说明JA可能是持续调控番茄低温抗性的重要信号。

SlLOXD-JA-SlMYC2模块提高低温耐受性

研究团队发现，转录因子SlMYB15在冷害初期不仅激活ABA的合成，仍能通过直接结合并激活JA生物合成关键基因SlLOXD的启动子，促进JA的合成。转录因子SlMYC2通过接收JA信号进一步与冷害应答基因SlCBF1/2的直接交互，通过双荧光素酶报告基因实验，发现SlMYC2能显著增强这些基因启动子的活性（图1）。电泳迁移率变化实验（EMSA）也证实了SlMYC2蛋白能特异性地结合到SlCBF1/2启动子上，进一步增强了对低温的抵抗力。

图1 SlMYC2转录调控SlCBF1/2，并参与番茄的耐寒性

SlMYB15 与 SlMYC2 的分时调控

转录因子SlMYB15是番茄中SlCBFs、ABA和JA通路的关键调控因子。研究团队发现，SlMYB15的表达峰值与ABA的最大积累峰值一致，但与JA的不同。在暴露于4°C的最初6小时内，SlMYB15的表达水平以及ABA和JA的含量持续增加。这表明SlMYB15在低温初始阶段激活ABA和JA中起关键作用。值得注意的是，在这个6小时的窗口期之后，由于sly-miR156e-3p的表达水平开始上升，SlMYB15被转录抑制，ABA水平下降。这表明其他因素可能有助于JA的持续合成。研究团队的结果表明，在4°C处理下，与TRV2对照相比，TRV2:SlMYB15株系中的SlLOXD启动子活性增加。此外，与野生型相比，SlLOXD表达水平在SlMYB15超表达株系(MYB15OE-18)和突变体(myb15-14)中的表达均升高（图2）。鉴于SlLOXD的表达受SlMYC2正向调控(Yan et al., 2013)，在4°C处理6小时后，SlMYC2似乎补偿了SlMYB15水平的降低，即使在SlMYB15被sly-miR156e-3p降解的情况下，仍继续促进SlLOXD的表达。

图2 SlLOXD在SlMYB15沉默和slmyb15突变体番茄的叶片中表达水平上调

研究团队进一步探究发现在SlMYB15超表达株系中SlMYC2的表达水平降低（图2），并且使用双荧光素酶报告系统(Dual-LUC)检测证实SlMYB15抑制了SlMYC2启动子活性（图3）。这表明，在4°C处理后，由于SlMYB15对SlMYC2的抑制，ABA通路比JA通路优先响应。与沉默单个转录因子相比，同时沉默SlMYB15和SlMYC2导致番茄叶片对冷的敏感性增加。这一发现凸显了SlMYB15和SlMYC2在介导冷胁迫响应中的互补作用。尽管SlMYB15和SlMYC2都能直接结合并激活SlLOXD启动子，但SlMYC2对SlLOXD启动子活性的影响更为显著（图4）。

图3 SlMYB15负调控SlMYC2启动子活性

图4 SlMYC2持续激活SlLOXD表达，以提高SlMYB15表达下调后番茄的低温耐受性

冷胁迫下的动态调控网络

研究提出了一个模型，描绘了番茄植株响应冷胁迫时SlMYB15、SlMYC2和SlLOXD之间的分子相互作用（图5）。结果表明，在低温暴露6小时后，SlMYB15结合SlLOXD启动子，导致SlLOXD表达增加和JA积累，同时抑制SlMYC2的表达。冷胁迫24小时后，SlMYB15的表达被sly-miR156e-3p抑制，这反过来又增加了SlMYC2的表达。随后，SlMYC2增强SlLOXD启动子的活性，并促进冷响应基因SlCBF1和SlCBF2的表达。这些发现为理解番茄植株响应冷胁迫的分子机制提供了宝贵的见解，突出了关键转录因子的动态调控及其在增强耐冷性中的作用。

图5 SlMYB15、SlMYC2和SlLOXD对番茄冷胁迫的响应模型

园艺学院李建明教授和胡晓辉教授为该论文的共同通讯作者。已毕业博士研究生李文鑫（现就职于中国热带农业科学院南亚热带作物研究所）和已毕业硕士研究生文勇帅为论文的第一作者。该研究获得中国农业科研系统(CARS-23-C05)和陕西省自然科学基础研究计划(2022JQ-190)的资助。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70201