茄子SmCYP82C1基因的全基因组鉴定及其通过抗氧化系统和冷信号通路调控低温胁迫响应的机制研究

本研究针对茄子(Solanum melongena L.)低温敏感性问题，系统鉴定了176个SmCYP450家族成员，发现SmCYP82C1在低温胁迫下显著上调。通过异源过表达实验证实该基因通过激活抗氧化酶(CAT/SOD/POD)活性和CBF/ICE1信号通路增强植物耐寒性，并揭示转录因子SmbZIP1对其启动子的直接调控作用。该研究为茄科作物抗寒育种提供了新靶点，发表于《BMC Plant Biology》。

　　

全球气候变化背景下，低温胁迫已成为限制茄科作物生长发育的关键环境因素。茄子作为重要的营养型蔬菜，其栽培过程中常遭遇低温伤害，导致产量和品质下降。虽然已知植物通过MAPK级联、CBF/DREB转录因子等复杂网络响应低温，但作为最大代谢酶家族的细胞色素P450(CYP450)在茄子低温适应中的作用仍属空白。

四川省农业科学院园艺研究所的研究团队通过全基因组分析，在茄子中鉴定出176个SmCYP450基因，系统解析其进化关系、基因结构和表达模式。研究发现SmCYP82C1在低温胁迫下表达显著上调，通过构建过表达转基因株系，结合生理生化检测和分子互作验证，揭示该基因通过双重机制增强植物耐寒性：一方面通过激活抗氧化酶系统降低活性氧(ROS)积累，另一方面通过调控CBF1/2/3和ICE1等冷信号通路关键基因表达。研究还发现锌指转录因子SmbZIP1可直接结合SmCYP82C1启动子激活其转录。该成果发表于《BMC Plant Biology》，为茄科作物抗逆遗传改良提供了新思路。

关键技术方法包括：1) 基于BLASTp和结构域分析的SmCYP450家族全基因组鉴定；2) 利用WGCNA构建共表达网络；3) 通过酵母单杂交(Y1H)和双荧光素酶报告系统验证转录调控关系；4) 采用农杆菌介导法获得SmCYP82C1过表达拟南芥株系；5) 使用DAB/NBT染色、电解质渗漏率测定等生理指标评估抗寒性。

SmCYP450家族的系统鉴定
通过生物信息学分析将176个成员划分为24个亚家族，其中91.6%属于A型(clan71)。基因复制事件分析显示片段重复是家族扩张的主要驱动力，密码子偏好性分析表明自然选择是塑造密码子使用偏好的关键因素。启动子分析发现26个基因含有低温响应元件LTR。

低温响应候选基因筛选
转录组数据显示SmCYP82C1在耐冷基因型"E7134"中呈现持续上调表达模式，7天低温处理后表达量增加7.8倍。qPCR验证该基因在根、叶组织中均有响应，且在果实发育S3阶段表达最高。

SmCYP82C1的功能验证
转基因拟南芥在4℃处理7天后，相较于野生型呈现：1) MDA含量降低35%；2) 脯氨酸积累量提高1.8倍；3) CAT/SOD/POD酶活性显著增强；4) 冷信号基因CBF1/2/3表达上调2-4倍。DAB染色显示ROS积累减少，电解质渗漏率下降57%，表明其通过减轻氧化损伤增强耐寒性。

转录调控机制解析
亚细胞定位显示SmbZIP1定位于细胞核，而SmCYP82C1位于细胞质。Y1H和双荧光素酶实验证实SmbZIP1可直接结合SmCYP82C1启动子，使报告基因活性提高4.2倍。

该研究首次在茄子中建立CYP450家族与低温适应的分子联系，提出"转录因子-代谢酶"协同调控模型：SmbZIP1通过激活SmCYP82C1表达，进而调控抗氧化系统和冷信号通路双重途径增强耐寒性。这不仅丰富了植物非生物胁迫响应的理论框架，也为分子设计育种提供了专利基因资源(CN119020378A)。未来研究可进一步解析SmCYP82C1催化产生的具体代谢物及其在低温信号转导中的作用机制。