《Gene Reports》：Heterologous expression of wheat
sHSP23.2 confers enhanced heat tolerance in tomato
编辑推荐：
•通过农杆菌介导的转化方法，将小麦sHSP23.2基因导入番茄品种Anand Roma中。•PCR确认了转基因系中预期660 bp的sHSP23.2片段稳定整合。•Phyre2和分子对接分析预测了高置信度的sHSP23.2结构及其与SlCAT1、SlCAT2和SlHSFA8的
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通过农杆菌介导的转化方法，将小麦sHSP23.2基因导入番茄品种Anand Roma中。
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PCR确认了转基因系中预期660 bp的sHSP23.2片段稳定整合。
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Phyre2和分子对接分析预测了高置信度的sHSP23.2结构及其与SlCAT1、SlCAT2和SlHSFA8的相互作用。
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三株T1代系在急性42°C热胁迫下表现出显著增强的耐热性，维持了较高的含水量和膜稳定性。
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转基因植物表现出脯氨酸含量增加、过氧化氢酶活性升高、抗氧化基因表达上调以及MDA和H?O?含量降低，支持了sHSP23.2介导的耐热性。
引言
番茄（Solanum lycopersicum）是全球消费最广泛的果蔬之一，主要作为蔬菜用于烹饪。番茄富含维生素C、钾等矿物质以及番茄红素等抗氧化物质，使其在烹饪和营养领域广受欢迎（Li等，2018）。番茄通常在温暖气候下种植，其对高温的适应能力高度敏感，适宜生长温度一般在21°C至29°C（69°F至84°F）之间。超过此温度范围，尤其是在开花和坐果阶段，会显著降低产量并影响果实品质（Vijayakumar等，2021）。高温胁迫可导致落花、果实畸形、光合作用减弱、病害易感性增加，同时通过破坏叶绿素、电子传递链、增加呼吸速率、消耗能量储备、扰乱代谢速率、损害花粉活力和受精过程等方式显著影响光合作用效率，导致种子产量下降等（Hasanuzzaman等，2013；Moore等，2021）。随着全球气温升高和热浪频发，传统番茄品种在许多地区的表现可能不佳，尤其是在夏季或持续高温的地区。因此，培育耐热番茄品种将使农民能够在热胁迫通常严重影响产量的地区或季节继续种植番茄。
培育出的耐热番茄品种即使在极端高温期间也能维持较高产量，坐果率和果实品质不会显著下降，同时允许农民将生长季节延长至传统上更热的月份，或在番茄通常只在凉爽季节种植的地区进行种植（Marklein等，2020）。通过常规育种培育耐热品种通常需要多代杂交和选择，耗时数载才能实现理想性状。此外，该方法还依赖于番茄物种中现有的遗传多样性，而现有遗传多样性中可能并不总是包含具有足够耐热性状的基因。而基因工程为导入耐热基因提供了有前景的策略，可能有助于花发育、坐果和光合活性的持久稳定性（El-Sappah等，2022；Xing等，2024）。
通过基因工程获得耐热番茄品种的策略之一，是表达热激蛋白（HSPs）。HSPs是一类高度保守的蛋白质，在应对环境胁迫尤其是热胁迫时被诱导产生。它们在保护细胞免受高温、氧化应激和其他形式的细胞损伤等方面发挥重要作用（Li等，2025）。在热胁迫下，蛋白质更容易聚集并形成无功能的团块。小型热激蛋白（sHSPs）在这些聚集蛋白质周围形成复合物，防止不可逆损伤，并促进其正确折叠或降解。据报道，热激蛋白HSP 100和HSP 90参与变性蛋白质的解聚和错误折叠蛋白质的重新折叠。它们还有助于应激条件下的蛋白质降解和蛋白质稳定（Wang等，2014）。同样，HSP 60被鉴定为一种仅定位于线粒体的分子伴侣，协助新合成蛋白质的正确折叠和细胞整体健康（Ul Haq等，2019）。同样，分子量在约15–30 kDa之间的sHSPs也被报道作为重要的分子伴侣，在非生物和生物胁迫中发挥多种功能。这些蛋白质形成大型复合物，在胁迫期间帮助保护细胞蛋白质免于聚集，并协助蛋白质重新折叠。此前报道的一种小麦蛋白质序列HSP23.9，其作用是在胁迫条件（如高温）下防止蛋白质聚集、稳定受损蛋白质并协助蛋白质折叠（Wang等，2018）。据报道，在转基因拟南芥中过表达该sHSPs也表现出耐热和耐盐性（Wang等，2020b）。在NCBI中对该序列进行Blast分析显示，其与小麦中现有的sHSP23.2蛋白质具有100%的同源性。尽管sHSP23.2已在拟南芥中被研究，但其在番茄——一种经济重要性大却极易受高温胁迫影响的作物中的功能相关性仍未被表征。此外，蛋白质-蛋白质相互作用是细胞应激反应的核心，因为HSPs通过与参与抗氧化防御和氧化还原稳态的目标蛋白质相互作用并稳定它们来发挥其保护功能。蛋白质-蛋白质对接分析通过预测结合界面和相互作用稳定性，为这些相互作用提供了机制性见解，从而支持了在热胁迫下观察到的生理和生化反应的生物学相关性（Cuadrado和Van Damme，2024）。针对这一关键空白，本研究旨在通过过表达小麦sHSP23.2来提高番茄的耐热性，并阐明其在热胁迫下稳定抗氧化酶中的功能作用。
章节片段
植物材料与基因克隆
番茄品种Anand Roma的种子购自印度农安大学Anand主蔬菜研究站。sHSP23.2的全长编码序列（CDS）（uniprot: A0A3B6B0K8，表S1）被检索获取并通过美国Eurofins提供的GeneArt服务用于基因设计。利用SNAPGENE软件根据CDS序列设计了用于PCR扩增sHSP23.2的基因特异性引物和In-fusion引物对。In-fusion引物通过整合15个碱基对
基因的PCR扩增与克隆
通过琼脂糖凝胶电泳可视化，sHSP23.2基因的PCR扩增产生了约660 bp的清晰扩增子（图S1A）。利用NcoI和PmlI酶进行限制性酶切，确认了sHSP23.2基因成功克隆至表达载体中。酶切产生两条离散的条带，分别为427 bp和232 bp，表明基因序列内部存在NcoI和PmlI酶切位点，确认了插入片段的正确In-fusion克隆（图
CRediT作者贡献声明
G. Pooja：撰写——初稿，方法学，调查研究。Amar A. Sakure：撰写——审阅与编辑，验证，软件，方法学，资金获取，形式分析，数据整理，概念构思。Sushil Kumar：验证，软件，形式分析。T. Amarjeet：方法学。Ghanshyam B. Patil：可视化，资源。Suhail Ahmad：方法学。Mahesh B. Vaja：资源。Dipak A. Patel：指导，资源，项目管理。
生成式AI及AI辅助技术在写作过程中的声明
图5，尤其是其中的信号通路，是使用AI工具（ChatGPT）仅基于作者提供的实验数据生成的。作者已核实所生成图片的准确性，并对数据及其解读承担全部责任。
资金支持
本研究未获得公共、商业或非营利部门的任何专门拨款。
利益冲突声明
作者声明以下财务利益/个人关系，这些关系可能被视为潜在的利益冲突：Amar A. Sakure报告称Anand农业大学为其提供了行政管理支持。如有其他作者，他们声明没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本论文所报告的工作。
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