2026年7月，Molecular Plant在线发表了生命科学学院卢从明教授团队庄焜扬副教授的题为“The SlbZIP30-SlbZIP51 module safeguards photosynthesis under chilling stress by coordinating nuclear transcriptional activation and chloroplast protein stabilization in tomato”的研究论文。研究团队发现番茄中存在一套由SlbZIP30与SlbZIP51介导的叶绿体 - 细胞核双区室低温光保护机制。双定位蛋白 SlbZIP30 一方面在叶绿体中稳定光合蛋白 SlTPI1、SlLHCA1，保障光合结构稳定；另一方面入核与 SlbZIP51 形成异源二聚体，转录激活SlCPN60α1、SlTPI2、SlRBCS1等光合相关基因，协同保障低温下番茄的光合能力。该发现拓展了植物低温光保护的调控认知，为作物抗低温智能调控线路的人工设计提供了理想载体。
研究背景
低温是制约番茄生产的非生物胁迫之一，作为喜温园艺作物，番茄对低温十分敏感，设施栽培中早春低温常造成光合机构损伤、碳同化能力下降，进而导致产量与品质受损。光合系统是低温胁迫的核心作用靶点，维持叶绿体蛋白稳态与卡尔文循环功能是提升植物低温耐受性的关键，但目前番茄低温光合保护的精细调控机制仍不全面。bZIP 转录因子广泛参与植物非生物胁迫响应，而其在光合保护中的功能鲜为人知，尤其是通过蛋白核质动态转位介导的多区室协同调控通路尚未被系统解析。与此同时，基于内源温度响应机制开发可逆的人工调控模块，也为作物抗逆性状的定向改良提供了重要研究方向。
研究内容
该研究发现，番茄中两个I 类 bZIP 转录因子 SlbZIP30 与 SlbZIP51 是低温胁迫下光合保护的关键调控因子，正常生长条件下 SlbZIP30 同时定位于叶绿体与细胞核，低温胁迫下转录因子 SlDREB26 表达受诱导上调并激活 SlbZIP30 转录，促使其在叶绿体中显著积累，通过与SlLHCA1、SlTPI1 蛋白互作维持二者稳定性以保障光合系统功能完整；与此同时，细胞核内积累的 SlbZIP30 可与发生低温诱导性核质转位的 SlbZIP51 形成互作复合体，协同激活 SlRBCS1、SlTPI2 及SlCPN60α1 等下游基因表达以增强碳固定能力，其中SlbZIP51 具备独特的温度依赖性可逆核质穿梭特性，25℃常温下主要滞留于细胞质，低温处理 10 分钟内即可快速入核，复温后重新返回细胞质，从而精准调控低温保护基因的表达时序与表达水平，增强番茄的低温抗性；基于这一内源调控机制，研究团队进一步设计出人工低温调控模块（CRM），低温胁迫下 SlbZIP51K187R-GAL4-VP16 融合蛋白发生核转位，通过结合 G4BE 顺式作用元件启动 ANT1 等目标基因表达以促进花青素合成、强化抗氧化防御；而在温度回升后该融合蛋白经核输出离开细胞核使调控回路失活，最终实现低温响应的精准可逆控制。
图1 低温胁迫下SlbZIP30 - SlbZIP51保护光合作用的功能模型
研究意义
该研究解析了番茄I 类 bZIP 转录因子 SlbZIP30 与 SlbZIP51 通过叶绿体、细胞核双区室协同调控低温光合保护的分子机制，深化了人们对作物低温响应调控规律的认识；其揭示的 SlbZIP51 温度依赖性可逆核质转位特性，可为环境响应型基因调控元件的开发提供参考；基于内源调控机制设计的人工低温调控模块，也为番茄低温抗性的定向改良提供了合成生物学层面的可行路径。
研究团队
山东农业大学生科院本科生胡瑛琦、硕士研究生王甜甜、张广鸿等为论文并列第一作者；山东农业大学生科院庄焜扬副教授为论文通讯作者。此外，山东农业大学生科院孟庆伟教授、卢从明教授、马娜娜副教授、吕巍副教授、熊峰教授、林学院马晓翠副教授、已毕业博士研究生陈崇、已毕业硕士研究生武传钊、焦宝祯、硕士研究生姚泽恩、毕珂也参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金面上项目、山东省青年创新团队等项目资助。
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