SlFRLs转录调控增强番茄抗氧化系统以应对低温胁迫的分子机制研究

本研究针对番茄在早春遭遇短期低温胁迫导致生长抑制的关键问题，通过过表达SlFRL5/9基因，系统揭示了FRIGIDA-like蛋白通过调控抗氧化酶系统（SOD/POD/CAT/APX/DHAR/MDHAR）活性及相关基因（ZnSOD/CAT1/POD1）表达，降低MDA和H2O2积累，同时激活CBF1-3和NCED1-2等冷响应通路，显著提升番茄耐寒性。RNA-seq分析进一步证实SlFRLs通过调控类黄酮合成、谷胱甘肽代谢等通路增强胁迫响应，为作物抗逆育种提供新靶点。

　　

低温胁迫：番茄产业面临的"春寒"挑战

早春季节的突发性低温是制约番茄生产的重要环境因素。当温度骤降时，植物细胞会遭遇活性氧(ROS)爆发、膜脂过氧化、蛋白质/DNA损伤等一系列连锁反应，最终导致生长停滞甚至死亡。虽然已知CBF等转录因子在冷响应中起关键作用，但番茄作为典型冷敏感作物，其内在的分子调控网络仍存在大量空白。更值得注意的是，FRIGIDA-like(SlFRLs)蛋白家族在拟南芥中已被证实参与春化途径调控开花时间，但这些"多功能支架蛋白"是否参与非生物胁迫响应仍是未解之谜。

中国的研究团队通过基因工程技术构建了SlFRL5和SlFRL9过表达株系，结合生理生化检测与多组学分析，首次揭示SlFRLs在番茄低温胁迫中的核心作用。研究发现发表在《BMC Plant Biology》的这项成果，不仅拓展了FRIGIDA-like蛋白的生物学功能认知，更为作物抗寒育种提供了可操作的新靶点。

关键技术方法

研究采用六叶期番茄幼苗进行4℃时间梯度处理（0-36h），通过分光光度法测定SOD/POD/CAT等6种抗氧化酶活性，结合qPCR分析ZnSOD/CAT1等基因表达；利用RNA-seq比较野生型与转基因株系的转录组差异，通过KEGG/GO富集识别关键通路；同时检测MDA、H₂O₂和脯氨酸含量等生理指标。所有实验均设置≥6次生物学重复，数据经GraphPad 9.5统计分析。

主要研究发现

1. SlFRL-OE正向调控酶活性系统

   过表达株系在低温下展现更强的抗氧化防御能力：SOD活性在12h达峰值，较野生型(WT)提高2.1倍；POD和CAT活性在18h仍维持高位，APX/DHAR/MDHAR协同作用使ROS清除效率提升40%。基因表达分析显示，ZnSOD、CAT1和POD1的转录水平与酶活性变化高度一致。

1. 氧化损伤标志物与渗透调节

   转基因株系的MDA含量（膜脂过氧化指标）较WT降低35%，H₂O₂积累减少28%，而渗透保护物质脯氨酸含量提高2.3倍。这种"低损伤-高保护"模式证实SlFRLs能有效缓解低温引起的氧化应激。

2. 冷响应基因网络激活

   CBF1-3转录因子在SlFRL-OE株系中呈现早发强表达特征：CBF1在12h表达量达WT的4倍，NCED1/2（ABA合成关键基因）的诱导幅度提高50%。表明SlFRLs可能通过激素信号与转录调控双重途径增强胁迫响应。

3. 转录组全景解析机制

   RNA-seq发现1,214个差异基因（|log2FC|>1），KEGG分析显示谷胱甘肽代谢（ko00480）和类黄酮生物合成（ko00941）通路显著富集。特别值得注意的是，BR（油菜素内酯）合成通路在低温下仍保持活跃，提示SlFRLs可能通过维持生长-抗逆平衡实现"不牺牲生长的抗寒性"。

理论突破与实践意义

该研究首次将FRIGIDA-like蛋白的功能边界从开花时间调控拓展至非生物胁迫响应领域，提出"SlFRLs-CBFs-抗氧化系统"的级联调控模型。相较于传统抗寒基因（如CBFs）的单一作用靶点，SlFRLs作为支架蛋白可同时协调多酶系统（如SOD/POD/CAT）的活性平衡与次级代谢物（如谷胱甘肽）的合成通量，这种"多点调控"特性使其成为抗逆育种的理想靶标。

在应用层面，研究建立的SlFRL5/9过表达株系在保持正常生长的前提下，将低温耐受窗口延长至36h，这为设施农业中应对"倒春寒"提供了新解决方案。转录组数据揭示的类黄酮/谷胱甘肽代谢通路关键基因，还可作为分子标记用于抗寒品种选育。未来通过基因编辑技术精确调控SlFRLs的表达时空特性，有望实现作物抗寒性与产量的协同提升。