Plant Physiol | 中科院武汉植物园辛海平团队揭示转录因子VvbHLH036调控葡萄抗寒性的新机制

葡萄是全球范围内广泛栽培的果树之一，具有重要的经济价值。低温胁迫如秋季早霜、冬季低于-15℃的低温以及春季晚霜均严重影响葡萄的安全生产，因此研究葡萄低温应答调控机制将为改良葡萄抗寒性提供理论依据。bHLH（basic helix-loop-helix）家族是植物中第二大转录因子家族，在植物生长发育和胁迫应答中发挥重要作用，然而，bHLH家族成员在葡萄低温应答过程中的功能仍有待研究。

近日，中国科学院武汉植物园辛海平研究员团队在Plant Physiology上发表了题为VvbHLH036, a basic helix–loop–helix transcription factor regulates the cold tolerance of grapevine的研究论文，揭示了VvbHLH036通过调节苏氨酸含量提高葡萄耐寒性的分子新机制。

该研究中以VvbHLH036为切入点，通过葡萄发根转化实验过表达VvbHLH036可以增加葡萄根系抗寒性。通过Crispr-Cas9技术结合葡萄发根转化使VvbHLH036发生功能缺失，则会降低其抗寒性。同时，研究人员通过转录组测序，启动子元件分析及共表达分析鉴定到VvbHLH036的11个候选下游基因。其中，编码苏氨酸合成酶的候选基因VvThrC1的启动子区域具有5个G-box元件且与VvbHLH036表达密切相关，被选作VvbHLH036的靶基因进行后续研究。

研究者通过酵母单杂交、双荧光素酶以及EMSA实验证实VvbHLH036可以与VvThrC1的启动子区域的G-box元件结合激活其表达。过表达及敲除VvbHLH036根系VvThrc1的表达及苏氨酸的含量会相应的变化。表明VvbHLH036 在低温条件下通过调节VvThrc1从而调节苏氨酸含量来提高葡萄的抗寒性。

低温下VvThrC1的表达及苏氨酸含量在葡萄叶片及根系中均增加。过表达VvThrC1会增加转基因根中苏氨酸的含量并增加其抗寒性，通过Crispr-Cas9技术使VvThrC1发生功能缺失后会抑制低温下苏氨酸的积累并降低根系抗寒性。外源喷施实验及DAB和NBT染色表明低温下苏氨酸通过抑制H2O2和O2-的积累增加葡萄抗寒性。

综上所述，该研究提出了VvbHLH036在冷胁迫下通过促进苏氨酸合成来调控葡萄低温应答的分子模型，并初步解析苏氨酸通过抑制ROS的产生增加葡萄抗寒性。除此之外，VvbHLH036可能参与调控细胞壁合成及细胞扩张相关的基因。该研究不仅为揭示VvbHLH036参与低温应答机制提供了新线索，也增加了对葡萄低温调控网络的认识。

中科院武汉植物园辛海平研究员为该论文通讯作者，中科院武汉植物园博士研究生侯雨君为该论文的第一作者，中科院武汉植物园为该论文的第一单位。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、宁夏葡萄育种项目和湖北省技术创新重点研发项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae483