Cullin4-Ring泛素连接酶通过调控SlFtsZ2蛋白稳态影响番茄质体水平与果实品质的分子机制

为解决番茄高色素突变体hp1中质体过度增殖的分子机制问题，研究人员通过酵母双杂交筛选发现SlDDB1与SlFtsZ2-1/2-2的互作关系，证实CRL4SlDDB1 泛素化降解SlFtsZ2蛋白的调控模块，揭示其独立于CHLORAD途径的质体分裂新机制，为作物营养品质改良提供新靶点。

　　

在植物王国中，番茄不仅是重要的营养来源，更是研究果实发育的模式物种。高色素突变体hp1因SlDDB1基因突变表现出质体过度增殖和色素积累增强的表型，但其背后的调控机制长期成谜。质体作为光合作用和营养物质合成的工厂，其数量与大小的精确调控直接影响作物产量和品质。尽管已知FtsZ蛋白是质体分裂的核心元件，但高等植物中FtsZ蛋白稳态的调控网络仍属空白。与此同时，泛素-蛋白酶体系统（UPS）在细胞进程调控中发挥关键作用，但传统认知认为质体蛋白降解依赖内部蛋白酶系统而非UPS。这些科学谜团激发了研究者探索质体分裂与泛素化调控交叉领域的兴趣。

中国的研究团队通过酵母双杂交筛选从番茄中鉴定出SlDDB1互作蛋白SlFtsZ2-1/2-2，利用CRISPR/Cas9构建单/双基因敲除株系，结合免疫共沉淀（Co-IP）、荧光互补（BiFC）和体外泛素化实验，系统解析了CRL4^SlDDB1
-SlFtsZ2模块的功能。研究样本包括野生型Ailsa Craig、hp1突变体及实验室已有的C4Ra和DDB1OE转基因株系。

植物材料与生长条件
以番茄栽培种Ailsa Craig为背景，构建了5个CRISPR/Cas9敲除系（slftsz2-1-1/1-2/2-1/2-2及双敲slftsz2-1/2-2），结合hp1突变体与过表达株系，为机制研究提供遗传材料。

SlDDB1互作蛋白SlFtsZ2的鉴定
酵母双杂交筛选发现SlFtsZ2-1（Solyc09g009430）和SlFtsZ2-2（Solyc10g083490）与SlDDB1特异性结合。序列分析显示二者具有典型FtsZ家族结构域，且在番茄组织中组成型表达，定位于叶绿体。

SlFtsZ2基因功能冗余性验证
表型分析发现仅双敲突变体slftsz2-1/2-2表现出质体数量锐减50%、果实类胡萝卜素含量下降35%的显著表型，证实SlFtsZ2-1与SlFtsZ2-2在调控质体分裂中存在功能冗余。

CRL4^SlDDB1
对SlFtsZ2的泛素化调控
Co-IP和BiFC实验证实SlDDB1/SlCUL4与SlFtsZ2在叶绿体内形成蛋白复合体。体外泛素化实验显示CRL4^SlDDB1
可介导SlFtsZ2的多聚泛素化修饰，且hp1突变体中SlFtsZ2蛋白半衰期延长2.3倍，证明CRL4通过泛素化降解精确调控SlFtsZ2蛋白稳态。

该研究首次揭示CRL4^SlDDB1
-SlFtsZ2模块通过泛素化途径调控质体分裂的新机制，突破了传统CHLORAD途径的认知边界。从应用角度看，操纵该通路可精准调控质体"库容"，为改善番茄等作物的营养品质提供新策略。理论层面，该发现填补了质体分裂调控与UPS系统交叉领域的知识空白，为研究其他作物体细胞质体分化（如淀粉体、有色体）的调控提供范式。研究团队Hongtao Wang等人在《International Journal of Biological Macromolecules》发表的这项工作，为植物细胞器生物学与作物品质改良搭建了创新性桥梁。