近日，Molecular Plant在线发表了山东农业大学生命科学学院卢从明教授团队庄焜扬副教授的题为“The SlbZIP30-SlbZIP51 module safeguards photosynthesis under chilling stress by coordinating nuclear transcriptional activation and chloroplast protein stabilization in tomato”的研究论文。山东农业大学生科院本科生胡瑛琦、硕士研究生王甜甜、张广鸿等为论文并列第一作者；山东农业大学生科院庄焜扬副教授为论文通讯作者。
研究团队发现番茄中存在一套由SlbZIP30与SlbZIP51介导的叶绿体 - 细胞核双区室低温光保护机制。双定位蛋白SlbZIP30一方面在叶绿体中稳定光合蛋白SlTPI1、SlLHCA1，保障光合结构稳定；另一方面入核与SlbZIP51形成异源二聚体，转录激活SlCPN60α1、SlTPI2、SlRBCS1等光合相关基因，协同保障低温下番茄的光合能力。该发现拓展了植物低温光保护的调控认知，为作物抗低温智能调控线路的人工设计提供了理想载体。
低温是制约番茄生产的非生物胁迫之一，作为喜温园艺作物，番茄对低温十分敏感，设施栽培中早春低温常造成光合机构损伤、碳同化能力下降，进而导致产量与品质受损。光合系统是低温胁迫的核心作用靶点，维持叶绿体蛋白稳态与卡尔文循环功能是提升植物低温耐受性的关键，但目前番茄低温光合保护的精细调控机制仍不全面。bZIP转录因子广泛参与植物非生物胁迫响应，而其在光合保护中的功能鲜为人知，尤其是通过蛋白核质动态转位介导的多区室协同调控通路尚未被系统解析。与此同时，基于内源温度响应机制开发可逆的人工调控模块，也为作物抗逆性状的定向改良提供了重要研究方向。
该研究发现，番茄中两个I类bZIP转录因子SlbZIP30与SlbZIP51是低温胁迫下光合保护的关键调控因子，正常生长条件下SlbZIP30同时定位于叶绿体与细胞核，低温胁迫下转录因子SlDREB26表达受诱导上调并激活SlbZIP30转录，促使其在叶绿体中显著积累，通过与SlLHCA1、SlTPI1蛋白互作维持二者稳定性以保障光合系统功能完整；与此同时，细胞核内积累的SlbZIP30可与发生低温诱导性核质转位的SlbZIP51形成互作复合体，协同激活SlRBCS1、SlTPI2及SlCPN60α1等下游基因表达以增强碳固定能力，其中SlbZIP51具备独特的温度依赖性可逆核质穿梭特性，25℃常温下主要滞留于细胞质，低温处理10分钟内即可快速入核，复温后重新返回细胞质，从而精准调控低温保护基因的表达时序与表达水平，增强番茄的低温抗性；基于这一内源调控机制，研究团队进一步设计出人工低温调控模块（CRM），低温胁迫下SlbZIP51K187R-GAL4-VP16融合蛋白发生核转位，通过结合G4BE顺式作用元件启动ANT1等目标基因表达以促进花青素合成、强化抗氧化防御；而在温度回升后该融合蛋白经核输出离开细胞核使调控回路失活，最终实现低温响应的精准可逆控制。
图1 低温胁迫下SlbZIP30 - SlbZIP51保护光合作用的功能模型
该研究解析了番茄I类bZIP转录因子SlbZIP30与SlbZIP51通过叶绿体、细胞核双区室协同调控低温光合保护的分子机制，深化了人们对作物低温响应调控规律的认识；其揭示的SlbZIP51温度依赖性可逆核质转位特性，可为环境响应型基因调控元件的开发提供参考；基于内源调控机制设计的人工低温调控模块，也为番茄低温抗性的定向改良提供了合成生物学层面的可行路径。