ClBZR1L通过调节脯氨酸代谢来介导葫芦瓜（Citrullus lanatus）中油菜素内酯诱导的耐寒性

生物通首页 > 今日动态 > 正文

ClBZR1L通过调节脯氨酸代谢来介导葫芦瓜（Citrullus lanatus）中油菜素内酯诱导的耐寒性

时间：2025年12月28日

来源：Plant Science

编辑推荐：

水生瓜转录因子ClBZR1L通过激活脯氨酸合成限速酶基因ClP5CS1增强幼苗冷抗性机制研究，验证BR信号通路调控冷响应基因表达的分子基础。

胡王|宣丽|郑东文|胡新瑞|奚世波|王许婷|李萌|杜青杰|李娟琪|王继青|牛环环|肖怀娟

河南农业大学园艺学院，郑州450002，中国

摘要

在早春种植期间，西瓜幼苗经常受到春季寒潮的低温伤害。油菜素内酯（BR）显著提高了西瓜的耐寒性，但其分子机制尚待阐明。本研究旨在探讨BR如何调节西瓜幼苗的耐寒性，重点关注转录因子ClBZR1-Like（ClBZR1L）在BR信号通路中的作用。生理和分子分析表明，ClBZR1L对低温具有响应性，并能正向调节耐寒性。值得注意的是，在BR和低温的共同作用下，过表达ClBZR1L使西瓜幼苗中的脯氨酸积累增加了约60%，而其沉默处理则使脯氨酸含量降至对照组的67%左右。通过酵母单杂交、GUS报告基因和双荧光素酶实验进一步证实，ClBZR1L直接结合到ClP5CS1（脯氨酸生物合成中的限速酶基因）的启动子上并激活其转录，从而促进脯氨酸的积累。这些结果揭示了通过ClBZR1L-ClP5CS1转录模块介导的西瓜耐寒性新机制。这些发现为培育耐寒西瓜品种提供了分子基础。

引言

西瓜（Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum. & Nakai.）是一种起源于热带非洲的重要园艺作物，它偏好高温和干燥环境，但对低温的耐受性较差（Chang等人，2021年）。保护性栽培技术（如太阳能温室和塑料温室）的发展使西瓜种植时间延长到了早春，但在此期间幼苗经常遭遇长时间的低温或春季寒潮。这种低温胁迫会抑制花芽分化和幼苗生长，导致产量和品质下降，最终降低生产效率（Korkmaz和Dufault，2001年；Sheikh等人，2015年；Li等人，2024年）。因此，阐明西瓜的耐寒机制并开发有效的栽培策略对于可持续生产至关重要。

油菜素内酯（BRs）是一类安全、无毒的植物激素，在提高作物对非生物胁迫（包括低温）的耐受性方面起着关键作用（Nolan等人，2020年）。外源BR的应用通过改善光合作用、调节抗氧化系统和积累渗透调节物质来减轻多种作物的低温伤害（Jiang等人，2013年；Fang等人，2019年；Chen等人，2025年）。在分子水平上，BRs激活其信号传导通路，下游的转录因子调节胁迫响应基因的表达，从而增强植物对环境信号的防御能力（Chen等人，2017年；Sadura和Janeczko，2018年）。

Brassinazole抗性1（BZR1）是BR信号通路的核心正向调节因子，具有保守的DNA结合域和磷酸化位点，通过与BRRE（CGTGT/CG）和E-box（CANNTG）元件的结合来调节目标基因（Nolan等人，2020年；Liu等人，2021年；Qi等人，2021年）。已在模式植物中鉴定出BZR1的同源物，并发现它们通过多种机制增强耐寒性。AtBZR1通过CBF依赖性和非CBF依赖性途径在拟南芥中激活冷响应基因（Li等人，2017年），而SlBZR1通过调节RBOH1和CBFs在番茄中促进耐寒性（Fang等人，2019年；Fang等人，2021年）。然而，关于BZR1介导的耐寒机制的研究主要集中在模式物种上，BZR1同源物在西瓜中的功能尚未得到研究。此外，关于BZR1与脯氨酸代谢（一种关键的耐寒适应途径）之间的直接调控联系在作物中很少有报道。

脯氨酸是一种重要的渗透调节物质，在低温胁迫下能稳定蛋白质、保护亚细胞结构并维持膜完整性，因此对植物的耐寒性至关重要（Liu等人，2020a年；Luo等人，2022年）。其合成主要由谷氨酸途径介导，Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）是限速酶（Alvarez等人，2022年；Raza等人，2023年）。基于已知BRs、BZR1和脯氨酸在低温响应中的作用，我们在西瓜中鉴定出一个BZR1同源物（ClBZR1L）。我们假设ClBZR1L通过转录激活脯氨酸合成限速酶基因ClP5CS1来促进西瓜幼苗的耐寒性。本研究旨在填补对BZR1在西瓜耐寒性中功能的理解空白，并阐明BR介导的将BZR1与脯氨酸代谢联系起来的调控机制，为培育耐寒西瓜品种提供分子基础。

植物材料与生长条件

本研究使用了一种传统的二倍体自交系材料TC，该材料在西瓜遗传转化过程中具有较高的芽再生效率。种子先用75%（体积比）乙醇表面消毒30秒，再用2%（体积比）次氯酸钠消毒10分钟，然后用无菌蒸馏水冲洗5-6次。消毒后的种子在28℃、黑暗条件下于培养箱中的湿润滤纸上发芽48小时。选择根长均匀（0.5-1厘米）的发芽种子进行后续实验。

外源BR提高了西瓜幼苗的耐寒性

在低温（4℃）处理下，对照组（CK）的植株表现出明显的低温伤害症状，叶片萎蔫（图1A）。与室温（RT）对照组相比，CK组的叶片伸长率增加了1.8倍，丙二醛（MDA）含量增加了2倍（图1B，C）。相比之下，外源BR显著减轻了叶片的萎蔫现象（图1A）。在低温处理下，BR处理组的叶片伸长率比CK组低26%，MDA含量也有所降低。

讨论

本研究系统地阐明了BR通过ClBZR1L-ClP5CS1转录模块增强西瓜幼苗耐寒性的分子机制。BR信号转录因子ClBZR1L在BR和低温的共同作用下被诱导，并作为耐寒性的正向调节因子。ClBZR1L在低温下特异性促进脯氨酸的积累，这对BR介导的耐寒性增强至关重要。

作者贡献声明

郑东文：方法学研究、数据分析。胡新瑞：方法学研究、数据管理。奚世波：实验研究。王许婷：方法学研究。王继青：项目监督、项目管理。牛环环：项目管理、资金筹集、概念构思。肖怀娟：撰写、审稿与编辑、项目监督。胡王：撰写初稿、实验研究、资金筹集。宣丽：数据验证、实验研究、数据管理。杜青杰：数据管理。