植物C2结构域蛋白家族的基因组鉴定及水稻OsNTMC2T2.2在低温胁迫中的负调控机制研究

研究人员针对植物C2结构域蛋白家族(C2DPs)的进化与功能尚不明确的问题，首次系统鉴定了32种植物的3080个C2DPs，将其分为4个亚家族11个组别，并利用AlphaFold3预测了C2结构域的Ca2+结合特性。特别聚焦水稻OsNTMC2T2.2蛋白，发现其通过抑制ROS清除系统和下调冷响应基因表达负调控耐冷性，为作物遗传改良提供了新靶点。

　　

在气候变化加剧的背景下，低温胁迫严重制约水稻等主粮作物的产量。作为关键的钙离子(Ca²⁺)传感器，C2结构域蛋白家族(C2DPs)在植物逆境响应中扮演重要角色，但其系统进化和功能机制仍存在巨大认知空白。尤其令人困惑的是，这类缺乏EF-hand基序的蛋白如何通过C2结构域解码钙信号？不同亚家族成员在进化过程中如何分化？这些问题严重阻碍了作物抗逆育种的分子设计。

广西科学院的研究团队在《Environmental and Experimental Botany》发表的研究，首次完成了从藻类到高等植物的C2DPs家族全景图谱。研究采用基因组学、AlphaFold3结构预测与分子生物学相结合的策略，通过对32种植物3080个C2DPs的系统分析，结合水稻转基因和生理实验，揭示了这类蛋白的进化规律及其调控低温胁迫的新机制。

关键技术包括：1) 基于HMM和BLAST的C2DPs全基因组鉴定；2) 运用AlphaFold3预测C2结构域Ca²⁺结合位点；3) 水稻原生质体亚细胞定位；4) CRISPR/Cas9基因编辑和过表达株系构建；5) DAB染色和DCFH-DA荧光检测ROS积累。

研究结果方面：
3.1节显示C2DPs起源于红藻，在陆地植物中扩增至4个亚家族（I-IV），其中Ia/b、IIa/b和IIIb为原始类型，其余为扩展类型。
3.3-3.4节通过序列比对和AlphaFold3预测发现，仅1C2、2C2-A、3C2-A和4C2-B结构域具有完整Ca²⁺结合位点，其他结构域因天冬氨酸(Asp)变异丧失结合能力。
3.5-3.6节鉴定出水稻84个OsC2DPs，分为9个功能组，其中IIa类SYT蛋白OsNTMC2T2.2虽缺失跨膜螺旋，仍定位于内质网和质膜。
3.8节证实过表达OsNTMC2T2.2使水稻幼苗存活率降低17-62%，MDA和H₂O₂积累增加，而敲除突变体无表型，暗示功能冗余。
3.9节发现该蛋白通过下调OsDREB1A/B、OsCPK13/24等冷响应基因表达负调控耐冷性。

讨论部分强调，该研究不仅建立首个植物C2DPs分类系统（图9），还揭示"单结构域主导Ca²⁺结合"的进化规律。特别重要的是，发现OsNTMC2T2.2-OsPSD2互作模块可能通过调节磷脂酰丝氨酸(PS)向磷脂酰乙醇胺(PE)转化影响膜稳定性，这为理解植物膜脂重塑应对低温的机制提供了新视角。研究提出的C2DPs家族进化模型和OsNTMC2T2.2的负调控机制，为设计作物抗寒育种策略奠定了理论基础。