由于全球番茄生产受到冷胁迫的威胁，因此迫切需要确定促进番茄耐寒性的种质资源和基因。我们发现来自Solanum habrochaites 的名为ShPP2-1的 F-box 基因家族成员的表达是冷诱导的。我们之前的研究表明，与冷敏感种质相比，耐冷种质中冷胁迫强烈诱导F-box 基因PP2-1的表达，这表明PP2-1可能在番茄对冷胁迫的反应。然而，该基因在耐寒性基础上的功能尚未得到进一步研究。

近日华中农业大学园艺林学学院叶志彪 研究团队在Horticulture Research 发表了一篇名为“Interactions between ShPP2-1, an F-box family gene, and ACR11A regulate cold tolerance of tomato“的文章揭示了F-box家族基因ShPP2-1和ACR11A之间的相互作用调节番茄的耐寒性。

在这里，我们确定并证实了ShPP2-1的表达是冷诱导的，并且ShPP2-1在耐寒Solanum habrochaites和冷敏感S. lycopersicum 中差异表达。我们发现ShPP2-1的过表达通过与番茄中的SlACR11A相互作用来降低耐寒性。此外，我们鉴定了SlACR11A 的两个等位基因变体，并发现SlACR11A G等位基因在耐寒番茄种质中显着富集。我们的研究提供了对ShPP2-1生物学功能的新见解，并揭示了有助于番茄耐冷性的新分子机制。

ShPP2-1在栽培番茄 (AC) 中的过表达通过加剧对细胞膜的损伤而降低了耐寒性。为了探索潜在的分子机制，我们进行了酵母双杂交文库筛选，发现一种名为 ACR11A 的含有 ACT 结构域重复的蛋白质与 PP2-1 相互作用。SlACR11A 的过度表达在AC中增强了幼苗和发芽种子的耐寒性。过表达这两种基因的番茄植物的耐寒性降低。此外，我们用177 个番茄种质在寒冷中进行了种子萌发实验，并鉴定了SlACR11A 的两个等位基因，它们在一个单核苷酸多态性上有所不同。

PP2-1 和 ACR11A 之间的相互作用

PP2-1和ACR11A 的过表达降低了番茄的耐寒性

我们在酵母细胞中共转化 pGBKT7-ShPP2-1 和pGADT7-ACR11A，发现转化体在 SD/-Ade/-His/-Leu/-Trp 培养基上生长，其结果与阳性对照酵母细胞的结果一致，表明 ShPP2-1 与酵母中的 ACR11A 相互作用。为了进一步验证这种相互作用，我们进行了双分子荧光互补 (BiFC) 分析。我们在本氏烟草叶原生质体中瞬时共过表达 YFPN 标记的 ShPP2-1 和 YFPC 标记的SlACR11A，并观察到 YFP 荧光信号与核标记物共定位。总之，这些数据表明 ShPP2-1 与 SlACR11A 相互作用。

总之，我们的研究结果表明PP2-1的低表达水平和ACR11A 的高表达水平的组合可以促进耐寒。因此，这些基因可以作为旨在提高番茄耐寒性的基因工程和改良项目的直接目标。耐寒种质和耐寒关键基因的鉴定是番茄遗传改良的关键。在这项研究中，我们阐明了番茄中一种新的分子机制，涉及ACR11A - PP2-1模块，该模块通过防止细胞膜损伤来调节耐寒性，并鉴定了一系列耐寒和冷敏感性番茄种质，提供了理论基础和丰富的种质用于育种。

文献链接：https://doi.org/10.1038/s41438-021-00582-3