浙江大学师恺课题组揭示糖信号途径Glc-RGS1-GPA1响应CO2环境变化调控番茄高温抗性的分子机制

全球气候变化已经成为人类和自然生态系统面临的一项严峻挑战，其中二氧化碳（CO2）浓度升高和温度上升是两个关键因素。2021年大气中的二氧化碳浓度达到415 µmol mol-1，预计到本世纪末将达到700-1000 µmol mol-1。植物是地球生态系统的基础，它们对气候变化的响应和适应能力直接关系到地球生态平衡和人类生存。

浙江大学师恺教授课题组前期发现CO2浓度升高可以在一定程度上减轻高温对植物的胁迫效应，增强植物的抗逆能力 (Li et al., 2015; Pan et al., 2018, 2019; Zhang et al., 2019)，然而其潜在的分子机制尚不清楚。

近日，师恺课题组在植物生物学领域知名期刊Plant Physiology发表了题为Glucose-G protein signaling plays a crucial role in tomato resilience to high temperature and elevated CO2的研究论文，揭示了环境CO2 浓度升高，诱发植物葡萄糖 (Glc)-RGS1 (Regulator of G protein signaling 1)-GPA1 (G protein α subunit) 信号激活，进一步通过光合作用和光保护途径调控番茄高温抗性的分子机制。

该研究发现，高CO2浓度及高温共同处理促进番茄叶片质外体Glc含量积累，外源Glc处理显著增强番茄高温抗性；高浓度Glc特异性结合番茄RGS1蛋白并诱导其胞吞，从而削弱RGS1-GPA1蛋白互作强度，激活G蛋白信号。构建rgs1和gpa1突变体，发现RGS1响应CO2-Glc浓度变化负调控番茄高温抗性，而GPA1传导Glc信号，进一步通过影响光合作用和光保护途径中叶绿素a/b结合蛋白、光系统PSΙ/II反应中心亚基、以及RuBP羧化酶小亚基等基因的表达，正调控番茄高温抗性。

前期该课题组发现RGS1-G蛋白可以感知光强等环境变化，传导Glc信号调控番茄对细菌性叶斑病的抗性（Wang et al., New Phytologist, 2022）。在此基础上，该研究首次揭示了植物细胞膜上的RGS1-GPA1复合体响应高CO2浓度和高温等环境变化引起的Glc信号，进一步通过影响下游光合作用及光保护途径相关基因的表达，介导番茄的高温抗性，为理解全球气候变化下植物的适应性机制，以及设施蔬菜抗性增强的CO2施肥技术研发提供了科学依据。

浙江大学蔬菜科学研究所的王娇博士后、罗倩博士生为该论文的共同第一作者，师恺教授为本文的通讯作者。本研究受国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目经费的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae136