番茄双功能转录因子 SlbHLH95：类黄酮代谢与灰霉病抗性的 “双向开关

Published by Tianyuan Zhu at 2025 年 5 月 16 日

番茄作为全球广泛消费的蔬菜，其果实中的类黄酮等次生代谢物对营养品质和抗病性至关重要。尽管已有许多转录因子被报道参与类黄酮代谢调控，但调控网络仍不完整。本研究旨在通过分析番茄时空转录组和代谢组数据，挖掘关键转录因子，解析其在类黄酮代谢和灰霉病抗性中的调控机制，为番茄品质改良和抗病育种提供新靶点。

SlbHLH95 的筛选与功能验证

表达分析：通过整合转录组和代谢组数据（MMN 数据集），发现 SlbHLH95 表达与类黄酮合成基因（如 SlF3H、SlFLS）及代谢物（如芦丁、尼古丁苷）积累显著正相关，且在果皮中表达量高于果肉，暗示其参与类黄酮代谢调控。

基因编辑表型：利用 CRISPR/Cas9 技术构建 SlbHLH95 敲除（KO）植株，发现 KO 果实成熟延迟，红熟期果皮呈黄色，类胡萝卜素（番茄红素、β- 胡萝卜素等）含量显著降低，表明 SlbHLH95 可能参与果实成熟和色素代谢。

图1鉴定 SlbHLH95 为番茄类黄酮代谢相关的候选基因

SlbHLH95 对类黄酮代谢的双向调控

敲除株类黄酮变化：KO 果实中柚皮素积累增加，而芦丁、尼古丁苷等下游代谢物减少；上游基因 SlCHS1、SlCHS2、SlCHI1 表达上调，下游关键基因 SlF3H、SlFLS 表达下调，表明 SlbHLH95 促进下游代谢而抑制上游基因。

图2敲除 SlbHLH95 导致番茄果实中类黄酮组成的改变

过表达株类黄酮变化：SlbHLH95 过表达（OE）果实中芦丁、尼古丁苷等显著增加，柚皮素减少，SlF3H、SlFLS 表达上调，进一步验证其对类黄酮合成的正向调控。

图3过表达 SlbHLH95 促进番茄果实中类黄酮化合物的积累

分子机制：SlbHLH95 通过直接结合 SlF3H 和 SlFLS 启动子的 E-box 元件激活其表达（EMSA 和 ChIP-qPCR 验证）；对 SlCHS1 的抑制作用不依赖直接结合，可能通过间接途径实现，体现其双功能转录因子特性。

图4 SlbHLH95 调节类黄酮生物合成途径中的关键结构基因，SlbHLH95-SlMYB12 复合物增强下游靶基因的调节

与 SlMYB12 的协同调控
互作验证：酵母双杂交（Y2H）、双分子荧光互补（BiFC）和免疫共沉淀（Co-IP）实验证实 SlbHLH95 与已知类黄酮调控因子 SlMYB12 存在蛋白互作（图4）。

协同激活：双荧光素酶报告实验表明，两者共表达时对 SlF3H 和 SlFLS 的激活能力显著强于单独作用，揭示 SlbHLH95 通过形成 MYB-bHLH 转录复合体增强下游基因表达，协同调控类黄酮合成（图4）。

灰霉病抗性调控机制

表型与酶活：接种灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）后，KO 果实病斑面积显著大于野生型（WT），OE 果实病斑更小；OE 株抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性及抗病相关基因（SlPR1a、SlPDF1 等）表达上调，KO 株则相反，表明 SlbHLH95 增强抗病性。

关键基因 SlBG10：SlBG10 是灰霉病抗性负调控因子，其在 KO 果实中表达上调，OE 中下调；双荧光素酶实验显示 SlbHLH95 抑制 SlBG10 启动子活性，但 EMSA 和 ChIP-qPCR 证实不直接结合其启动子，推测通过间接机制抑制。

图5 SlbHLH95 调节番茄果实对灰葡萄孢菌感染的抗性

本研究通过多组学和分子生物学手段，系统揭示了 SlbHLH95 在番茄类黄酮代谢和灰霉病抗性中的双功能调控机制，为番茄品质与抗病性协同改良提供了理论依据和基因资源。其研究方法和发现为解析植物转录因子的复杂功能及作物分子育种提供了重要参考。