文獻(xiàn)題目：Transcription factor SlbHLH70 enhances drought tolerance in tomato

發(fā)表期刊：Horticulture Research

影響因子：8.5

物種：番茄

發(fā)表時(shí)間：2026年3月5日

發(fā)表單位：新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院

藍(lán)景科信提供：DAP-seq技術(shù)服務(wù)

主要研究結(jié)果

干旱是制約全球番茄產(chǎn)量與品質(zhì)的關(guān)鍵非生物脅迫，挖掘抗旱核心調(diào)控因子、解析其分子機(jī)制，是抗逆育種的重要科學(xué)問題。ABA信號(hào)是植物干旱應(yīng)答的核心調(diào)控途徑，bHLH轉(zhuǎn)錄因子廣泛參與植物逆境響應(yīng)，但番茄中參與耐旱調(diào)控的關(guān)鍵bHLH因子及其作用通路仍不明確。

本研究通過番茄組織表達(dá)譜分析，從bHLH轉(zhuǎn)錄因子家族中篩選并鑒定出關(guān)鍵抗旱基因SlbHLH70。表型分析顯示，SlbHLH70過表達(dá)株系抗旱與復(fù)水恢復(fù)能力顯著提升、存活率提高，敲除突變體則抗旱性顯著下降、存活率大幅降低，表明SlbHLH70可正向調(diào)控番茄的耐旱性。進(jìn)一步通過DAP-seq技術(shù)解析SlbHLH70全基因組結(jié)合位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)其結(jié)合峰顯著富集在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（TSS）附近，其中5.97%結(jié)合位點(diǎn)分布在TSS上游2kb區(qū)域內(nèi)；MEME分析鑒定出其核心結(jié)合基序?yàn)镚-box（CACGTG）；GO富集分析顯示，SlbHLH70的直接靶基因顯著富集于缺水響應(yīng)、ABA應(yīng)答、滲透脅迫信號(hào)傳導(dǎo)及ABA介導(dǎo)的信號(hào)通路等。結(jié)合RNA-seq和EMSA驗(yàn)證進(jìn)一步證明，SlbHLH70通過直接結(jié)合下游靶基因啟動(dòng)子正向調(diào)控番茄耐旱性。

本研究系統(tǒng)解析了SlbHLH70調(diào)控番茄響應(yīng)干旱脅迫的分子通路與作用機(jī)制，不僅深化了對(duì)植物抗旱機(jī)制的認(rèn)識(shí)，更為番茄抗逆遺傳改良提供了重要候選基因與理論支撐。

圖1. SlbHLH70的表達(dá)與抗旱性相關(guān)。（A）擬南芥（AtbHLH）、水稻（OsbHLH）和番茄（SlbHLH）bHLH家族蛋白的鄰接（NJ）系統(tǒng)發(fā)育樹。（B）SlbHLH70基因啟動(dòng)子區(qū)的順式作用元件預(yù)測。（C）SlbHLH70在6周齡番茄植株中的組織特異性表達(dá)。（D–F）SlbHLH70的時(shí)間序列表達(dá)模式。

圖2. SlbHLH70是番茄抗旱性所必需的。（A）PCR檢測特異性外源序列。（B）qRT-PCR分析SlbHLH70在野生型（WT）和過表達(dá)株系（OE）中的表達(dá)水平。（C）14天干旱脅迫后復(fù)水4天，野生型與SlbHLH70過表達(dá)植株的存活率（每個(gè)株系n=30株）。（D）干旱脅迫（0、11、14天）及恢復(fù)階段（3小時(shí)、4天）野生型與過表達(dá)植株的表型對(duì)比。（E）SlbHLH70基因結(jié)構(gòu)及第一個(gè)外顯子上兩個(gè)gRNA靶點(diǎn)示意圖。（F）SlbHLH70敲除株系（KO）的Sanger測序結(jié)果（KO1：缺失140bp；KO3：缺失1bp；KO4：插入1bp）。（G）野生型、KO1、KO3和KO4中SlbHLH70靶標(biāo)區(qū)域的氨基酸序列比對(duì)。（H）野生型與敲除植株復(fù)水1天后的存活率。（I）干旱與恢復(fù)條件下野生型（WT）和敲除株系植株的表型比較。

圖3. SlbHLH70全基因組潛在直接靶基因的鑒定。（A）SlbHLH70-GFP融合蛋白在本氏煙草表皮細(xì)胞中的亞細(xì)胞定位。（B）SlbHLH70結(jié)合峰相對(duì)于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（TSS）的分布。結(jié)合峰在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游2kb范圍內(nèi)顯著富集。（C）SlbHLH70結(jié)合峰在基因區(qū)域的分布。（D）通過MEME分析鑒定得到的最富集基序（CACGTG，E值=3.2e-942）（E）Motif 1的Centrimo分析，展示基序相對(duì)于DAP-seq峰中心的位置。（F）SlbHLH70直接靶基因的前20個(gè)富集GO條目。

圖4. SlbHLH70直接調(diào)控的干旱響應(yīng)基因的鑒定。（A-B）干旱脅迫與正常澆水條件下，SlbHLH70敲除株系（KO4）（A）和野生型植株（WT）（B）中差異表達(dá)基因（DEGs）的火山圖（|log?FC|≥2，p.adj≤0.01）。（C）干旱脅迫下KO4與野生型植株差異表達(dá)基因的韋恩圖比較。（D）依賴SlbHLH70的差異表達(dá)基因的GO富集分析。（E）DAP-seq結(jié)合峰與RNA-seq數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析。（F）經(jīng)DAP-seq與RNA-seq聯(lián)合分析鑒定的151個(gè)SlbHLH70直接靶基因的GO富集分析。（G）干旱脅迫下，部分干旱應(yīng)答型SlbHLH70靶基因的表達(dá)模式熱圖。

圖5. SlbHLH70影響干旱脅迫下番茄ABA合成與信號(hào)相關(guān)基因的表達(dá)。（A）受SlbHLH70表達(dá)影響的一系列ABA合成及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因在番茄中的表達(dá)譜。（B）SlbHLH70在ABA合成與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因啟動(dòng)子區(qū)域的富集峰定位。（C）EMSA實(shí)驗(yàn)顯示SlbHLH70可直接結(jié)合SlSnRK2.1、SlPYL8、SlPP2C5及SlCYP707A2的啟動(dòng)子探針。（D–G）干旱脅迫下野生型（WT）、過表達(dá)（OE）及敲除（KO）植株葉片和根中內(nèi)源ABA（D、F）與JA（E、G）含量。

圖6. SlbHLH70影響干旱脅迫下番茄根系發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)。（A）受bHLH70表達(dá)影響的一系列番茄根系發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)譜。（B）SlbHLH70在根系發(fā)育相關(guān)基因啟動(dòng)子區(qū)域的富集峰定位。（C）經(jīng)過9天干旱脅迫的野生型（WT）與轉(zhuǎn)基因植株的根系形態(tài)。（D）EMSA結(jié)果顯示，SlbHLH70可直接結(jié)合SlCycA2;1與SlLBD40的啟動(dòng)子探針。（E，F(xiàn)）自然干旱對(duì)野生型（MT）及SlbHLH70轉(zhuǎn)基因番茄幼苗根系的影響（n=10）。（E）正常澆水與自然干旱9天后，SlbHLH70過表達(dá)（OE）、敲除（KO）及野生型（MT）番茄幼苗的根長。（F）正常澆水與自然干旱9天后，SlbHLH70過表達(dá)（OE）、敲除（KO）及野生型（MT）番茄幼苗的根干重。

圖7. SlbHLH70調(diào)控番茄抗旱性的功能模式圖。在干旱脅迫下，SlbHLH70直接結(jié)合ABA合成相關(guān)基因（如SlNCED1）和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因（如SlPYL8、SlSnRK2.1）啟動(dòng)子區(qū)的G-box基序，激活這些基因的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而提高內(nèi)源ABA含量并激活下游脅迫響應(yīng)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。同時(shí)，SlbHLH70靶向根系發(fā)育相關(guān)基因（如SlCycA2;1、SlLBD40），促進(jìn)根系生長與生物量積累，增強(qiáng)水分吸收能力。相反，敲除SlbHLH70會(huì)破壞ABA代謝平衡與根系可塑性，最終導(dǎo)致植株抗旱性下降。