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华南植物园邓书林团队揭示低温及短日照调控番茄花青素积累的分子机制

  • 转自：BioArt植物公众号
  • 日期：2025-05-21
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        植物的生长发育在其一生中受到光和温度的精确控制。根据植物开花对日照长度的要求，植物可以分为长日照植物（如拟南芥）、短日照植物（如水稻）以及日中性植物（如番茄）。然而，光周期和季节变化如何影响日中性植物的生理反应的机制仍不清楚。
        近日，华南植物园邓书林团队在Plant Physiology发表了题为Tomato CONSTANS-Like1 promotes anthocyanin biosynthesis under short day and suboptimal low temperature的研究论文，解析了SlCOL1-SLAN1模块协同调控短日照低温条件下花青素积累的新机制。
 
        植物已经进化出一种感知和响应光周期变化的机制，可以根据季节和环境线索调节植物生长和发育。花的过渡是植物生长发育的关键阶段，标志着植物从营养生长到生殖生长的转变。先前研究表明，CONSTANS（CO）是植物对光周期反应的重要调控因子，在植物开花调控中起着核心作用。但是对于光周期不敏感植物的CO及其类似蛋白COL的分子功能仍缺乏深入研究。
        该研究发现，番茄CONSTANS-Like 1（SlCOL1）作为CO的同源基因，SlCOL1不影响番茄在长日照（LD）和短日照（SD）下的开花时间。通过分析Slcol1突变体的RNA-seq，发现Slcol1突变体中显著下调的基因主要富集在类黄酮途径中，尤其是花青素生物合成结构和调控基因。RT-qPCR实验结果也显示Slcol1突变体中花青素生物合成结构和调控基因的表达水平显著低于野生型。观察表型发现，在SD下显著诱导番茄叶片中花青素的积累，但Slcol1突变体叶片中花青素的含量显著低于野生型。同时，也发现SD下的Slcol1突变体中花青素生物合成结构和调控基因的表达被抑制。
                                                     25℃和15℃SD条件下，Slcol1突变体和WT的表型
        研究结果表明，SlCOL1不能直接激活花青素生物合成结构基因的启动子表达，但通过Dual-LUC、Y1H、EMSA和ChIP-qPCR实验验证SlCOL1能够直接结合调控花青素生物合成MBW复合体中的关键基因Hoffman’s Anthocyanin 1（SlAN1）的启动子G-box1元件并激活其表达。同时，实验证明SlCOL1可以与SlAN1相互作用，促进SD下花青素合成结构基因的表达，进而促进花青素的生物合成。短日照环境常常伴随着亚适低温环境，例如北半球秋季。在短日照亚适低温（15℃）环境能够诱导SlCOL1表达水平上调进一步促进花青素的积累，积累的花青素有助于番茄清除活性氧（ROS），以适应秋季环境。
        综上所述，SlCOL1-SlAN1模块协同调节低温和低温条件下的花青素积累，有助于番茄抵御自然界寒冷的秋冬季节。
 
                                                          SlCOL1调控番茄花青素合成以适应秋季环境的作用模型
        中国科学院华南植物园博士生刘赛（现为华南植物园博士后）和助理研究员吕善武为该论文的共同第一作者；邓书林研究员为本论文的通讯作者；张艺副研究员和刘思绮硕士研究生也参与该研究。该研究得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金和广东科技计划项目等项目的资助。
 
        论文链接：
        https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf190