Plant Physiology丨蔬菜花卉研究所无土栽培团队揭示了SlJRE4-SlTPP1模块调控番茄叶片夜间淀粉降解的新机制

       近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所无土栽培团队在植物学经典国际期刊《Plant Physiology》上在线发表了题为“SlJRE4-SlTPP1 confers carbon starvation tolerance by inhibiting starch degradation in tomato leaves at night”的研究论文。该研究揭示了弱光诱导的碳饥饿条件下，茉莉酸信号下游转录因子SlJRE4直接激活海藻糖-6-磷酸磷酸酶（Trehalose-6-phosphate phosphatase，TPP）基因SlTPP1，进而“踩下刹车”减缓番茄叶片夜间淀粉降解、增强植株碳饥饿耐受性的分子机制。

       植物在遮阴、弱光等条件下光合碳同化不足，容易陷入“碳饥饿”。叶片白天积累的暂时性淀粉是夜间维持生长与代谢的主要碳源，其降解速率必须被精确调控——既要在黎明前基本耗尽以保障持续供碳，又要避免过早“透支”储备。此前研究已揭示生物钟、蛋白复合体等内在机制可精细调节淀粉降解速率，但弱光胁迫下植物如何从转录层面“踩刹车”，其分子机制尚不清楚。

       研究团队此前发现，番茄SlTPP1过表达能够减缓正常光周期下番茄叶片的夜间淀粉降解。本研究通过不同光周期梯度实验进一步发现，SlTPP1的抑制作用严格依赖碳供应状况：在短日照和日中性（碳供应相对有限）条件下效果显著，而在长日照（碳供应充足）条件下基本消失。机制上，SlTPP1过表达降低了叶片中海藻糖-6-磷酸（T6P）含量，并选择性抑制β-淀粉酶活性以及淀粉降解关键基因SlBAM3.1、SlBAM3.2的表达，从而减缓夜间淀粉降解。

       为解析SlTPP1响应弱光的上游调控机制，团队通过酵母单杂交文库筛选，鉴定到茉莉酸响应的ERF类转录因子SlJRE4。酵母单杂交、双荧光素酶报告基因实验、凝胶迁移实验（EMSA）共同证实，SlJRE4可直接结合SlTPP1启动子−860～−816 bp区域的GCC-box顺式元件并激活其转录。SlJRE4过表达可重现SlTPP1过表达的表型：提高黎明前叶片淀粉含量、降低β-淀粉酶活性和SlBAM3.1表达、降低T6P水平。

图1 SlTPP1过表达抑制短日照和日中性条件下番茄叶片夜间淀粉降解

       进一步研究发现，弱光处理显著上调LOX、AOS、AOC、OPR、ACX等茉莉酸合成基因的表达，并提高叶片中茉莉酸（JA）和茉莉酸甲酯（MeJA）含量；外源MeJA处理同样能够抑制淀粉降解，并诱导SlJRE4和SlTPP1的表达。此外，SlTPP1过表达还可在夜间上调SlJRE4，形成正反馈回路，进一步稳固这一“节能”状态。

图2 SlJRE4-SlTPP1模块调控番茄叶片夜间淀粉降解的工作模型

       该研究构建了“弱光—茉莉酸合成—SlJRE4—SlTPP1—抑制β-淀粉酶与淀粉降解”的完整转录调控通路，提出了一个由逆境信号触发的淀粉降解“刹车”模块。研究不仅拓展了茉莉酸响应ERF转录因子在初级碳代谢中的功能认知，也为番茄耐弱光、碳利用效率及抗逆性的分子育种提供了新的理论依据和候选基因。

       中国农业科学院蔬菜花卉研究所蔬菜生物育种国家重点实验室为论文第一完成单位，已毕业博士柴琳（现为北京市农林科学院博士后）、王恒副研究员为共同第一作者，李强研究员和余宏军研究员为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划（2023YFD2300700、2024YFD2300700）、国家现代农业产业技术体系（CARS-21-B07）和国家自然科学基金（32502804）等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiag796