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低温胁迫会影响植物体内的许多生物过程，包括光合机构的破坏、膜损伤的诱导和叶绿体中淀粉代谢的改变，这些过程会严重影响作物的生长和产量形成。研究表明，PSII（光系统II，photosystem II）活性的抑制和叶绿体中淀粉的过度积累是低温胁迫下植物的主要响应特征，但是这一过程的调节机制尚不清楚。
近日，山东农业大学国家作物生物学重点实验室孟庆伟教授课题组在 New Phytologist 在线发表了一篇题为 “Whirly1 enhances tolerance to chilling stress in tomato via protection of photosystem II and regulation of starch degradation” 的研究论文，揭示了 SlWHY1 通过调节PSII活性和淀粉分解调控番茄耐寒的机制。
WHY1（植物特异性DNA结合蛋白）在非生物胁迫中有很重要的作用。该研究发现，低温胁迫会诱导番茄中 SlWHY1 基因的表达。在低温胁迫条件下， SlWHY1 过表达（OE）株系比野生型更耐寒，OE 植株保留了完整的光合基粒片层并表现出增强的淀粉水解。相反，SlWHY1 受到抑制后，植株耐寒能力降低，其光合基粒片层受损且淀粉含量增加，表明了 SlWHY1 对番茄耐寒的重要调控作用。
该研究还发现 SlWHY1 与 SlpsbA 的上游区域（A / GTTACCCT / A）结合并增强叶绿体中 PSII 蛋白 D1 的从头合成。SlWHY1 可以调节淀粉降解酶 SlAMY3-L（α-amylase）和淀粉合成相关酶 SlISA2（isoamylase）在细胞核中的表达，从而调节叶绿体中的淀粉含量。
此外，该研究还分析了一些重要作物的叶绿体基因组，发现这种结合区域在拟南芥、玉米和水稻中不存在但是在辣椒（对寒冷较为敏感）中存在，表明WHY1 的过表达可能是一种新的基因修饰策略，可有效提高对冷害敏感的作物的耐寒性，这可能对农作物改良具有潜在的应用价值。
SlWHY1 通过维持 PSII 水平并增加叶绿体中淀粉的水解增强耐寒性
总之，该研究证明了 SlWHY1 通过维持 PSII 的功能和降解淀粉来增强番茄对低温胁迫的抵抗力。该研究也表明 WHY1 的过表达可能是增强农业生产中对低温敏感作物的低温胁迫抗性的有效策略。
点击底部“阅读原文”查看论文原文。
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