跨界基因快报 05：耐冷基因CaMYB80异源表达，拟南芥和番茄耐冷性双双提升

难转化物种的功能验证，不妨换个思路：把基因放到模式物种里试一试

一、辣椒怕冷，但辣椒转化更难

辣椒是喜温蔬菜，低温会严重影响产量和品质。MYB转录因子在植物抗逆中作用关键，但辣椒中MYB如何调控耐冷性，此前研究有限。更现实的问题是：辣椒组织培养再生困难，稳定遗传转化效率低，严重限制基因功能验证和分子育种。

本文采用了一套很实用的“跨界转化”策略：在辣椒中用VIGS做快速功能缺失，在拟南芥和番茄中做异源过表达验证功能获得，在烟草中做瞬时转化研究分子互作。这套组合对难转化作物的功能验证非常有参考价值。

标题：CaMYB80 enhances the cold tolerance of pepper by directly targeting CaPOA1

期刊：HorticultureResearch

DOI：10.1093/hr/uhae219

单位：四川农业大学园艺学院

二、核心实验思路与方法

研究遵循基因筛选→原位验证→跨界验证→机制解析的完整技术路线：

1）候选基因筛选：通过辣椒4℃低温转录组测序，筛选到显著上调的R2R3型MYB转录因子CaMYB80。

2）辣椒原位功能初验：利用TRV介导的病毒诱导基因沉默（VIGS），快速构建CaMYB80沉默植株，完成原位功能初步验证。

3）跨界稳定转化验证：

• 模式植物拟南芥：农杆菌花浸法构建CaMYB80、CaPOA1稳定过表达T3代纯合株系，进行冻害表型与通路深度验证；
• 茄科近缘作物番茄：农杆菌叶盘转化法获得CaMYB80稳定过表达T1代株系，验证基因在茄科作物中的功能保守性。

4）分子机制解析：以本氏烟瞬时转化为基础，结合酵母单杂交、EMSA、双荧光素酶报告实验，验证转录因子与靶基因的直接结合关系。

5）生理表型测定：光合参数、ROS水平、抗氧化酶活性、膜损伤指标等系统生理生化验证。

三、主要研究结果

1. 鉴定两个低温响应核心基因，明确基础分子特性

从辣椒低温转录组中鉴定到R2R3型MYB转录因子CaMYB80，其表达随低温处理时间持续上调，启动子可被低温显著激活；蛋白定位于细胞核与细胞质，C端具有转录激活活性。

同时锁定其下游靶基因CaPOA1，该基因同样受低温诱导表达，启动子区域存在典型的MYB结合元件，具备被CaMYB80直接调控的分子基础。

2. 多物种跨界验证：CaMYB80与CaPOA1均正向调控植物耐寒性

通过辣椒原位沉默+拟南芥/番茄异源过表达的跨界转化体系，系统验证了两个基因的耐寒功能：

1）辣椒沉默验证：沉默内源CaMYB80或CaPOA1，均会导致低温下植株光合损伤加重、ROS大量积累、抗氧化酶活性下降、细胞膜损伤加剧，耐寒性显著降低。

2）拟南芥异源验证：异源过表达CaMYB80或CaPOA1，均能显著提升植株在非冷驯化与冷驯化条件下的冻害存活率，增强抗氧化系统活性，减轻氧化损伤与膜损伤。

3）番茄近缘验证：在茄科作物番茄中异源过表达CaMYB80，可有效缓解低温叶片萎蔫，维持光合效率，验证了该基因在茄科作物中功能的保守性。

Figure 2. 沉默CaMYB80降低辣椒耐冷性

Figure 3. 异源表达CaMYB80增强拟南芥耐冷性

Figure 4. 异源表达CaMYB80增强番茄耐冷性

3. 解析双通路调控机制：直接靶向CaPOA1+激活ICE-CBF-COR通路

经酵母单杂交、EMSA、双荧光素酶等多重实验验证，CaMYB80可直接结合CaPOA1启动子的MYB元件，正向调控其转录，通过提升过氧化物酶活性清除过量ROS，减轻低温造成的氧化损伤。

同时，CaMYB80还能上调ICE1、CBF1/2/3、COR47等经典冷响应基因的表达，通过激活ICE-CBF-COR通路放大低温防御信号。两条通路协同作用，共同增强植物低温耐受性。

Figure 10. CaMYB80 通过直接靶向 CaPOA1 增强辣椒耐寒性的调控模型

四、跨界转化，难转化物种的新思路

这篇文献最值得大家关注的，除了所研究的基因，还有它的“跨界转化”策略：

• 基因供体是辣椒：CaMYB80和CaPOA1均来自辣椒。
• 功能缺失在辣椒中做：VIGS快速、周期短，适合难稳定转化的辣椒。
• 功能获得在拟南芥和番茄中做：这两个物种转化体系成熟，T3/T1稳定株系容易获得，表型可靠。
• 分子互作在烟草中做：瞬时转化方便、快速。
• 结论互相印证：辣椒沉默+拟南芥/番茄过表达+烟草瞬时，三重验证，说服力强。

*文献整理仅代表本平台观点，如有不足请指正。

随着遗传转化体系的发展与成熟，越来越多科研工作者/实验在辣椒转化上有了突破。青岛吉农基因科技有限公司可以承接辣椒、大豆、小麦、番茄、烟草、玉米等物种全套遗传转化服务，如果您正在做相关基因功能验证，欢迎随时沟通！

吉农基因·产品与服务