《Biology》：Genome-Wide Characterization of the ScLOR Gene Family in Wild Tomato Solanum lycopersicoides Reveals ScLOR16 as a Negative Regulator of Cold-and Drought-Stress Tolerance
编辑推荐：
LOR（LURP-one related）基因家族编码含有保守 LOR 结构域的蛋白；然而其在植物非生物胁迫响应中的功能仍大多未被探索。本研究研究人员利用全面的生物信息学分析，在耐逆野生番茄 Solanum lycopersicoides 中系统鉴定并表征了
LOR（LURP-one related）基因家族编码含有保守 LOR 结构域的蛋白；然而其在植物非生物胁迫响应中的功能仍大多未被探索。本研究研究人员利用全面的生物信息学分析，在耐逆野生番茄 Solanum lycopersicoides 中系统鉴定并表征了 LOR 基因家族，并对候选基因 ScLOR16 进行了功能验证。共鉴定到 19 个 ScLOR 成员，划分为 8 个系统发育亚组。启动子区域检测到大量与脱落酸（ABA）、冷和干旱响应相关的顺式作用元件，包括 ABRE、LTR 和 MBS，提示 ScLOR 家族可能广泛参与 ABA 介导的胁迫信号通路。RT-qPCR 分析显示 ScLOR16 在冷和干旱处理下均显著诱导表达。亚细胞定位实验表明 ScLOR16 定位于细胞核与细胞质。随后采用病毒诱导基因沉默（VIGS）构建 ScLOR16 沉默植株。经 4 °C 冷处理 24 h 及干旱胁迫 4 d 后，ScLOR16 沉默幼苗较空载体对照萎蔫症状明显减轻。生理分析显示沉默植株超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性升高，脯氨酸（Pro）积累增加，硫代巴比妥酸反应物（TBARS）含量降低，表明抗氧化与渗透保护能力增强。综上，ScLOR16 转录水平降低与冷和干旱耐受性增强相关，并伴随抗氧化防御及渗透保护相关生理指标改变。本研究为 LOR 家族的进化与胁迫相关功能提供了新见解。
研究背景与立项依据
植物在生长发育过程中频繁遭遇低温、干旱、盐害、重金属毒害和强光等非生物胁迫，这些胁迫严重限制作物生长与产量形成。低温抑制代谢酶活性、破坏叶绿体结构；干旱导致水分代谢紊乱、气孔导度下降及活性氧（ROS）过量积累；盐胁迫引起渗透与离子毒害。植物虽已演化出感知、信号转导与防御表达的复杂网络，但多数胁迫响应基因家族的系统鉴定仍不充分。LOR（LURP-one related）基因家族含保守 LOR 结构域（Pfam 04525），其蛋白具 12 股 β-桶包裹 C 端 α-螺旋的折叠，类似于 Tubby 蛋白 C 端结构域，参与蛋白-蛋白及蛋白-DNA 互作、染色质组织与转录调控。该家族首个人源外成员 AtLURP1 在拟南芥中受水杨酸诱导并参与免疫；AtLOR1 组成型表达并参与基础防御；大豆与甘蓝型油菜中 LOR 成员被报道参与干旱、盐及 ABA 信号，但绝大多数植物中 LOR 家族的结构、表达与 abiotic 功能尚未系统研究。野生番茄 Solanum lycopersicoides 分布于智利-秘鲁边境安第斯山区，可在 ?1.25 °C 至 5.3 °C 开花结实，是改良栽培番茄抗逆性的优异种质。此前该物种 LOR 家族未见系统研究，故研究人员开展本次全基因组鉴定与功能验证，论文发表于《Biology》。
主要关键技术方法
研究人员以东北农业大学园艺作物生物技术实验室提供的 S. lycopersicoides 渐渗系 LA4259（VF36 × LA2951）为材料，进行全基因组 LOR 成员鉴定（HMM 搜 Pfam04525，E<1×10?10，SMART/CDD/Pfam 校验）、系统发育重建（MUSCLE 比对、IQ-TREE2 最大似然树）、基因结构与基序分析（TBtools、MEME）、启动子顺式元件预测（PlantCARE）、染色体定位与 MCScanX 共线性分析；采用 RT-qPCR 检测冷（4 °C）、PEG6000 模拟干旱、200 mM NaCl 盐胁迫下时序表达及组织特异性；ScLOR16 亚细胞定位用 pSuper1300-GFP 在本氏烟瞬时表达；功能验证采用 VIGS（pTRV2-ScLOR16 侵染番茄子叶，以 pTRV2-00 为空载对照、pTRV2-PDS 为阳性指示），沉默效率 >50% 株系进入 4 °C 24 h 冷处理与停水 4 d 干旱处理，测定 SOD、POD、Pro、TBARS。
研究结果
3.1 鉴定与基本特征：在 S. lycopersicoides 基因组鉴定 19 个 ScLOR（ScLOR1–ScLOR19），蛋白长 173–266 aa，分子量 19.62–30.22 kDa，pI 5.18–9.94，多数为碱性蛋白；预测定位于叶绿体为主，次为核、质、线粒体。
3.2 系统发育：联合拟南芥（20 AtLOR）、甘蓝型油菜（56 BnLOR）构建 ML 树，ScLOR 归为 8 亚组（A–H），B/F/H 最大；同亚组结构相似，提示功能分化基础。
3.3 结构与基序：ScLOR 含 2–4 外显子、1–3 内含子；MEME 获 8 个保守基序，Motif 1（C 端）与 Motif 3（中部）为核心，Motif 4/8 富集于 F 亚组。
3.4 启动子元件：2000 bp 启动子区获 46 类元件；15/19 含 ABRE（最多 6 拷贝），普遍含 LTR、MBS、ARE、TC-rich 及光响应 Box 4/G-box 等，提示 ABA-冷-旱信号广参与。
3.5 染色体与共线性：19 基因不均分布，8、9 号染色体最多；与 S. lycopersicum 有 15 共线性对、与 A. thaliana 有 10 对，片段重复为主、串联重复为辅。
3.6 胁迫表达：4 °C 下 ScLOR5/6/11/13/16 上调，ScLOR16 诱导最强；20% PEG6000 下 ScLOR5/10/11/16 诱导；200 mM NaCl 下 ScLOR1 下调、ScLOR4 上调、ScLOR14/17 波动。ScLOR16 为冷旱共同强诱导候选。
3.7 组织表达与定位：ScLOR16 在种子中最高，花、叶次之，茎最低；GFP 融合显示定位于本氏烟表皮核与质。
3.8 VIGS 功能：ScLOR16 沉默株冷 24 h 与旱 4 d 后萎蔫轻于对照；沉默株 SOD、POD 活性更高，Pro 积累更多，TBARS 更低。结论：ScLOR16 负调控 S. lycopersicoides 渐渗系 LA4259 的冷旱耐受性，沉默后抗氧化（SOD/POD）、渗透保护（Pro）增强、膜脂过氧化（TBARS）减轻。
讨论部分总结
研究人员指出 LOR 家族研究总体有限，本研究首次在耐逆野生茄科种质中系统鉴定 19 个 ScLOR 并归 8 亚组，同亚组结构/基序保守，片段重复主导扩张。ScLOR16 所在单系枝启动子富 ABRE 但缺典型 LTR/MBS，其冷旱诱导可能经 ABRE-ABA 通路或非经典元件/间接转录级联。预测叶绿体/液泡定位与实验核/质定位不符，系信号肽预测局限或异源瞬时表达所致，需稳定转化验证。VIGS 表型与 SOD/POD/Pro/TBARS 变化一致，表明 ScLOR16 可能抑制抗氧化激活与脯氨酸积累从而负调耐受；但仅测有限生理指标，ROS/H2O2 原位、电解质渗漏、相对含水量、叶绿素荧光及互作蛋白/转录组尚需补充。栽培番茄 SlLOR 家族尚未系统报道，后续需鉴定 ScLOR16 直系同源并编辑验证。VIGS 证据尚不足以直接将 ScLOR16 列为育种靶标，低投入露地栽培中抗逆权重更高，且需评估抗逆-产量-抗病权衡。
结论翻译
本研究在 Solanum lycopersicoides 中全基因组水平鉴定并系统表征 LOR 基因家族。系统发育、基因结构、保守基序、顺式作用元件、染色体分布与共线性分析揭示了 ScLOR 家族的进化特征。表达谱显示 ScLOR16 受冷旱强烈诱导并具有组织特异性；亚细胞定位示于核与质；VIGS 功能分析表明 ScLOR16 沉默株在冷旱下耐受性增强，伴 SOD 与 POD 活性升高、脯氨酸积累增加及 TBARS 降低。综上，ScLOR16 可能参与 S. lycopersicoides 的冷旱胁迫响应，为深入探究该物种胁迫响应机制提供基础证据。
