近日，Scientia Horticulturae在线发表了东北农业大学王傲雪课题组题为Genome-wide
identification and expression analysis of the GT8 gene family in tomato(Solanum
lycopersicum) and the functional of SlGolS1 under cold stress的研究论文。https://doi.org/10.1016/j.scienta.2024.113686随着全球气候变化的加剧，低温胁迫对植物生长发育和农作物产量的影响日益显著。冷胁迫会导致植物细胞膜流动性降低、活性氧(ROS)积累等一系列生理反应，进而损伤植物的生理功能。番茄（Solanum lycopersicum L.）作为世界上重要的蔬菜作物，其耐冷性研究对提高作物产量和保障食品安全具有重要意义。糖基转移酶8（GT8）基因家族在植物细胞壁合成及对非生物胁迫的响应中发挥关键作用，然而其在番茄耐冷机制中的功能尚未被充分揭示。本研究通过全基因组分析和冷胁迫条件下的转录组数据，揭示了GT8基因家族成员SlGolS1在番茄耐冷反应中的作用。
通过对番茄全基因组GT8基因家族进行鉴定，研究发现番茄中有40个GT8基因，主要分为GAUT、GATL、GolS和PGSIP四个亚家族（图1a）。这些基因不均匀分布在11条染色体上（图1b），其中GAUT亚家族在1、2、3、4、6、7、9、10、12号染色体上广泛分布，而GolS和PGSIP基因则较少，主要分布在1、4、5和11号染色体。图1
SlGT8基因家族系统发育分析及SlGT8基因的染色体定位 通过共线性分析，发现14对SlGT8基因家族成员表现出基因重复事件（图2a）。此外，与拟南芥、水稻、马铃薯等物种的同源性分析表明，SlGT8基因在物种间的同源性不同，尤其是在马铃薯和番茄之间，共有33对SlGT8基因呈现出57对共线性关系（图2b），这表明这些基因可能在进化过程中被保留下来，对番茄的耐冷性产生重要影响。3.冷胁迫条件下SlGT8基因家族成员的qRT-PCR分析 在4℃冷胁迫下，研究对40个SlGT8基因的表达模式进行了qRT-PCR分析（图3）。结果显示，大部分基因在胁迫后6 h内发生显著变化，尤其是SlGolS1基因在12 h时的表达量达到峰值，是0 h的25倍，并在24 h至48 h内持续保持较高表达水平。图3 40个SlGT8基因在冷胁迫下的qRT-PCR分析- 通过组织表达分析发现，SlGolS1在番茄的茎和花中表达量最高，其次是叶和果实，根中的表达量最低（图4a）。进一步的亚细胞定位实验显示，SlGolS1蛋白主要定位于叶绿体中（图4b），这与其在冷胁迫下响应光合作用和ROS代谢的功能密切相关。
图4 SlGolS1基因的组织特异性表达及亚细胞定位5.冷胁迫下SlGolS1基因沉默植株的表型及ROS积累 图5展示了通过VIGS技术沉默SlGolS1基因后，番茄植株在冷胁迫下的表现。沉默后的pTRV2-SlGolS1植株比对照组pTRV2显示出更明显的萎蔫现象（图5
a），表明SlGolS1在提高番茄耐冷性方面的重要性。沉默效率在74.3%至85%之间（图5
b），证明沉默成功。此外，DAB和NBT染色检测显示pTRV2-SlGolS1植株中活性氧（H2O2和O2-）的积累显著高于对照组（图5
d），进一步支持了SlGolS1在抵御冷胁迫时的关键作用。图5 pTRV2-SlGolS1植株的沉默效率、冷胁迫下的表型及活性氧检测在冷胁迫24
h后，pTRV2-SlGolS1植株中SOD、CAT、PPO和AAO的酶活性显著低于对照组（图6），进一步表明该基因沉默降低了番茄的抗氧化能力，削弱了其对冷胁迫的抵抗性。图6 pTRV2-SlGolS1和对照植株在冷胁迫下生理指标的测定CBF基因在冷胁迫下是植物耐冷途径的核心调控因子。在本研究中，pTRV2-SlGolS1植株中CBF1、CBF2和CBF3的表达水平显著低于对照组（图7），说明SlGolS1可能通过调控CBF途径增强番茄的耐冷性。图7 pTRV2-SlGolS1和pTRV2植株在冷胁迫下SlCBF1、SlCBF2和SlCBF3的相对表达水平本研究通过全基因组分析鉴定了番茄中的40个GT8基因，并揭示了SlGolS1在冷胁迫下的正向调控作用。SlGolS1在叶绿体中的定位、其在冷胁迫下对ROS代谢的调控以及对CBF途径的调节，均表明其在增强番茄耐冷性中起重要作用。本研究为进一步探索SlGT8基因家族的生物学功能奠定了基础。东北农业大学园艺分子生物技术团队完成了此项工作，王傲雪教授，陈秀玲副研究员为论文的共同通讯作者，在读博士张慧欣和莫福磊为论文共同第一作者，该项目得到了国家自然科学基金项目（U22A20495, 32072588）的资助以及泰山产业领军人才项目专项资金。团队负责人：王傲雪，教授，博士生导师。国家高层次人才入选者；黑龙江省头雁团队带头人；黑龙江省政府特殊津贴获得者；主持国家重点研发计划、国家自然科学基金等20余项科研项目，获得包括国家科学技术进步奖、教育部科学技术进步奖、农业部中华农业科技奖、黑龙江省省长特别奖等22个奖项，获得授权发明专利19项，新品种保护权3项，农业农村部生物肥料证书3个。出版专著及教材10部，发表论文170余篇，其中SCI收录70余篇。团队研究方向：番茄智能育种、抗逆抗病基因挖掘及防御引发机制研究。
About Scientia HorticulturaeScientia Horticulturae属农林科学Top期刊，由Elsevier出版社出版，发表果树、蔬菜、观赏植物和食用菌生产等与园艺有关（栽培、育种、生物化学、组织培养、营养学、植物生理学、植物病理学等)的原创论文，综述和短讯等。CiteScore：8.6 ,期刊影响因子：3.9。2023年中科院期刊分区，中科院大类：农林科学2区，Top期刊；中科院小类：园艺2区。JCR分区：Q1 （6/115 Horticulture）。
