祝贺！我司助力客户斩获Molecular Plant顶刊！山东农大庄焜扬团队揭秘番茄低温光合损伤调控机制！
2026-07-31
中科新生命
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低温胁迫（0–12℃）是制约全球作物生长和产量的重要环境因素。在番茄等喜温作物中，低温会严重损伤光合作用系统——从类囊体电子传递、碳同化循环到气孔导度调控均受抑制。当卡尔文-本森-巴萨姆（CBB）循环活性下降时，光驱动电子传递链产生的过剩电子会产生活性氧（ROS），引发光系统II和I的慢性光抑制。尽管植物已进化出多种转录因子介导的防御机制，但光合作用在低温下受损的分子机理及保护策略仍存在大量空白。
2026年7月7日，山东农业大学庄焜扬团队在国际植物科学顶刊Molecular Plant（IF 32.7）发表重磅研究论文“The SlbZIP30-SlbZIP51 module safeguards photosynthesis under chilling stress by coordinating nuclear transcriptional activation and chloroplast protein stabilization in tomato”。研究团队在番茄中鉴定出一个由双定位转录因子SlbZIP30和核质穿梭因子SlbZIP51构成的双重空间光保护模块：SlbZIP30在叶绿体中通过与SlLHCA1和SlTPI1互作稳定光合蛋白，同时在细胞核中与SlbZIP51形成异源二聚体激活 SlCPN60a1、SlTPI2 和 SlRBCS1 的转录。这一跨越叶绿体与细胞核的双重调控机制，为培育耐低温作物提供了全新的分子靶点和工程化策略。中科新生命有幸为该研究提供蛋白质组学检测与数据分析服务。
番茄野生型及各类转基因材料
TMT标记定量蛋白组、IP-MS/MS、转录组学（RNA-seq）、酵母双杂交(Y2H)、双分子荧光互补(BiFC)、荧光素酶互补成像(LCI)、Co-IP、EMSA凝胶迁移、ChIP-seq/ChIP-qPCR等。
SlbZIP30是番茄bZIP家族中唯一具有叶绿体转运肽（CTP，1–41位氨基酸）的成员。亚细胞定位显示，SlbZIP30-GFP同时定位于叶绿体和细胞核；叶绿体定位依赖N端CTP，核定位依赖Ser124位点磷酸化（S124A突变后核定位丧失）。低温下，SlbZIP30转录和蛋白水平均上升，且呈现动态分布：早期积累于细胞核，后期转向叶绿体。
功能验证表明，slbzip30 突变体在4℃处理12 h后严重萎蔫，相对电导率和ROS升高；过表达株系耐低温性增强。核定位缺失（S124A）或叶绿体定位缺失（ΔCTP）突变体仅能部分回补表型，证明双重定位缺一不可。光合参数显示，突变体净光合速率、PSII和PSI量子产量降至最低，而过表达株系维持最高；CO₂响应曲线证实SlbZIP30通过维持Rubisco和磷酸丙糖异构酶（TPI）活性保障碳同化。免疫印迹表明，过表达株系中Rubisco大亚基（RBCL）和小亚基（RBCS）积累量显著高于野生型，突变体中大幅下降。
图1 SlbZIP30保护低温胁迫下的光合作用
为解析机制，团队开展IP-MS/MS（中科新生命提供）与Y2H文库筛选联合分析，鉴定出4个重叠互作蛋白，包括SlTPI1和SlLHCA1。LCI和BiFC证实SlbZIP30与二者在叶绿体中直接互作，去除CTP后互作消失。
SlLHCA1是PSI外围天线蛋白，SlTPI1是CBB循环核心酶。低温下，突变体中SlLHCA1和SlTPI1蛋白水平显著下降，PSI活性和TPI活性严重受损。蛋白质组学进一步显示，过表达株系中碳代谢、碳固定和光合通路蛋白（RBCL、RBCS、TPI、CPN60α1及PSAF、PSAE、LHCA1等）显著上调，突变体中则下调。以上揭示叶绿体定位的SlbZIP30通过直接互作稳定光合蛋白，保护光合机构免受低温降解。
图2 SlbZIP30互作蛋白的筛选与验证
转录组显示碳固定相关基因（RBCS3B、RBCS1、GAPA、GAPB、TPI2、CPN60α1）和光系统相关基因在过表达株系中上调，在突变体中下调。但Y1H表明SlbZIP30不能直接结合这些启动子，提示需共调控因子。
IP-MS/MS和Y2H共同鉴定出SlbZIP51为核内关键互作伙伴。BiFC显示25℃时二者在细胞质互作，4℃转至细胞核；Co-IP证实Ser124对低温核互作至关重要。slbzip51 单突变和双突变体在低温下碳同化严重缺陷，Rubisco含量/活性和TPI活性显著降低。ChIP-seq鉴定SlbZIP51全基因组结合位点，KEGG富集显示碳代谢通路显著；de novo基序鉴定出VRE核心基序（AGCTGT/G）。ChIP-seq信号表明SlbZIP51在4℃下特异性结合 SlRBCS1、SlTPI2 和 SlCPN60a1 启动子，25℃无信号。Y1H、EMSA和ChIP-qPCR验证了直接结合。双荧光素酶实验显示，单独SlbZIP51激活三个靶基因启动子；共表达SlbZIP30增强激活；而S124A突变体仅产生与SlbZIP51单独相当活性。说明低温诱导SlbZIP51核转位后与SlbZIP30形成异源二聚体，协同激活靶基因转录。
图3 SlbZIP51在维持Rubisco水平中的关键作用
SlbZIP51-GFP在25℃定位于细胞质，低温处理30 min内转入细胞核，恢复常温后核信号消失，呈现可逆穿梭。
团队据此设计冷响应模块（CRM）：将转录失活突变体SlbZIP51^(K187R)与GAL4-DNA结合域和VP16激活域融合，置于35S启动子；靶基因 ANT1（调控花青素合成）置于含GAL4元件的合成启动子驱动。低温诱导融合蛋白入核激活 ANT1，促进花青素积累；恢复常温后返回细胞质，激活终止。CRM转基因番茄在低温下花青素显著升高，Fv/Fm更高，ROS更低；RT-qPCR显示 ANT1 在低温处理1–3 h上升，恢复1 h回落。这证明了基于内源调控元件构建可编程、可逆温敏遗传回路的可行性。
图4 SlbZIP51通过VRE基序直接结合靶基因启动子并激活转录
SlbZIP30启动子含CACCGCC基序（DREB家族结合位点）。Y1H筛选出SlDREB26特异性结合该基序，EMSA和ChIP-qPCR验证特异性，双荧光素酶证实SlDREB26激活SlbZIP30启动子。SlDREB26本身受低温诱导，其RNAi株系低温下萎蔫加重，REC升高、Fv/Fm降低，RBCL/RBCS含量下降，同时SlbZIP30转录降低。这些结果确立了 “低温→SlDREB26→SlbZIP30” 的上游调控层级。
图5 SlDREB26作为SlbZIP30上游正调控因子的鉴定与功能验证
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