番茄花芽全基因组表达图谱揭示SllncERF162-SlERF162模块调控基础耐热性的分子机制

本研究针对全球变暖威胁番茄花粉发育的关键问题，通过全转录组测序技术系统鉴定了热胁迫(HS)响应性非编码RNA(ncRNA)网络。中国农业大学园艺学院联合多家机构发现长链非编码RNA SllncERF162通过激活AP2/ERF家族转录因子SlERF162的表达，进而调控热激因子HSFB1和小分子热激蛋白sHSP等靶基因，显著提升番茄花芽在减数分裂期的基础耐热性(Basal thermotolerance)。该研究为作物抗逆育种提供了新型分子靶标。

　　

随着全球气候变暖加剧，高温胁迫导致作物花粉发育异常已成为威胁粮食安全的重要问题。番茄作为全球重要的果蔬作物，其花芽在减数分裂期对温度变化极为敏感，但调控该过程的分子机制尚不明确。既往研究表明，热激转录因子(HSF)和热激蛋白(HSP)构成植物耐热性的核心调控网络，而AP2/ERF家族转录因子可能通过调控HSF参与该过程。然而，非编码RNA(ncRNA)如何参与这一调控网络，特别是在番茄生殖发育关键期的耐热性调控中仍属空白。

中国农业大学园艺学院联合河南大学、北京市农林科学院等机构的研究团队在《Horticulture Research》发表重要成果。研究人员通过时间序列全转录组测序(strand-specific RNA-seq)结合小RNA测序(sRNA-seq)，系统绘制了番茄花芽响应热胁迫的动态表达图谱。研究创新性地发现长链非编码RNA SllncERF162与转录因子SlERF162构成的调控模块，通过激活下游热响应基因表达，显著增强番茄花粉在减数分裂期的耐热能力。

关键技术方法包括：1) 对热胁迫不同时间点(0-5h)的番茄花芽进行全转录组测序；2) 通过共表达网络分析(WGCNA)筛选关键模块；3) 利用CRISPR/Cas9构建SlERF162敲除突变体；4) 采用双荧光素酶报告系统(DLR)和电泳迁移率变动分析(EMSA)验证分子互作；5) 通过花粉活力检测评估表型。

研究结果
潜在敏感发育阶段的鉴定
通过DAPI染色明确番茄花芽发育分期，发现4mm花芽处于小孢子母细胞(MMC)阶段时，热激因子SlHsfA1/A2/B1表达量最高，提示该阶段是热胁迫响应的关键窗口期。

全基因组表达谱特征
时间序列转录组分析鉴定出13,875个差异表达RNA(DERs)，包括5,738个lncRNA和62个circRNA。早期响应基因(0.5-1h)显著富集于"热响应"通路，而晚期基因(3-5h)参与"蛋白质折叠"等过程。

共表达网络揭示关键模块
加权基因共表达网络分析(WGCNA)鉴定出19个模块，其中0.5h特异性模块包含8个ERF家族转录因子。SlERF162与拟南芥AtERF95/97同源，在热胁迫下显著诱导表达。

SlERF162功能验证
过表达SlERF162植株在37°C处理下花粉存活率达98.6%，显著高于野生型(30.8%)；CRISPR突变体则出现严重花粉败育(存活率<5%)。EMSA证实SlERF162直接结合SlHsfB1和SlsHSP启动子。

SllncERF162的调控机制
位于3号染色体的SllncERF162与12号染色体的SlERF162存在强正相关(r=0.92)。双荧光素酶和GUS染色实验证明SllncERF162通过结合SlERF162启动子增强其转录。

这项研究首次揭示了ncRNA-转录因子协同调控作物生殖期耐热性的分子机制。发现的SllncERF162-SlERF162模块不仅拓展了植物非编码RNA的功能认知，更为分子设计育种提供了重要靶标。特别值得注意的是，SlERF162过表达在增强耐热性的同时引起植株矮化和叶片形态改变，暗示该基因可能参与生长-抗逆平衡调控。该成果为应对气候变化下的作物稳产提供了新思路，相关分子模块有望通过基因编辑技术应用于番茄及其他作物的抗逆改良。