《Plant Biotechnology Journal》：The MdICE1/MdFAMA-MdTYDC Transcriptional Module Confers Cold Tolerance by Regulating Dopamine Metabolism in Apple
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本研究首次揭示了苹果中MdICE1/MdYDC-MdFAMA转录模块通过调控多巴胺代谢增强耐冷性的新机制。研究发现该模块通过激活多巴胺合成关键酶基因MdTYDC的表达，进而提高多巴胺含量，通过增强抗氧化能力、维持膜稳定性、调节气孔运动和多巴胺-CBF信号通路等多途径协同提高苹果耐冷性。该研究为解析多巴胺介导的植物低温应答机制提供了新视角，对果树抗逆育种具有重要理论价值。
多巴胺增强苹果植株的耐冷性
通过外源多巴胺施用和MdTYDC基因遗传转化实验，系统评估了多巴胺在苹果耐冷性中的作用。表型分析表明，100μM多巴胺处理能显著缓解低温和冷冻胁迫对植株生长的抑制。代谢分析显示，多巴胺处理促进了酪胺向多巴胺的转化，MdTYDC过表达系在冷胁迫下多巴胺含量显著升高，而RNA干扰系则呈现相反趋势。这些结果证实多巴胺通过调节多巴胺代谢正调控苹果耐冷性。
多巴胺提高冷胁迫下苹果植株的细胞膜稳定性
在-6°C冷冻胁迫下，多巴胺处理和MdTYDC过表达显著降低了相对电导率、丙二醛（MDA）和脯氨酸含量，表明细胞膜损伤减轻。相反，MdTYDC-Ri系这三个参数均显著高于野生型。结果表明多巴胺通过减少膜脂过氧化和渗透调节物质积累，增强细胞膜稳定性。
多巴胺增强冷胁迫下苹果植株的抗氧化能力
多巴胺处理显著降低了4°C胁迫下H2O2和O2-的积累，同时提高了超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性。MdTYDC过表达系在冷胁迫下ROS积累较少而抗氧化酶活性较高，干扰系则相反。组织化学染色结果进一步验证了多巴胺通过增强抗氧化酶活性和ROS清除效率来提高耐冷性。
多巴胺调节冷胁迫下苹果植株的叶绿素荧光
多巴胺处理改善了4°C胁迫下的光合性能，F0、Fm、Fv/Fm和Y(NPQ)分别增加了32.41%、10.50%、9.35%和23.7%，而Y(NO)降低了9.26%。MdTYDC过表达系在冷胁迫下叶绿素荧光参数优于野生型，干扰系则表现出更严重的光系统损伤。表明多巴胺通过维持光系统活性和光保护能力减轻冷胁迫对光合机构的损害。
多巴胺调节冷胁迫下苹果植株的气孔运动
扫描电镜观察发现，100μM多巴胺在正常条件下增大但低温下减小气孔开度。MdTYDC过表达系在冷胁迫下气孔密度无显著增加且开度更小，而干扰系气孔密度增加且开度更大。表明多巴胺通过调节气孔发育和运动来优化光合效率和水分利用。
多巴胺调节花青素生物合成和耐冷基因表达
多巴胺处理和MdTYDC过表达诱导了冷胁迫下叶片花青素积累和花青素合成关键基因的上调，而干扰系表现出叶片黄化和色素含量下降。表达分析显示多巴胺和MdTYDC过表达上调了CBF基因表达。表明多巴胺通过激活CBF信号通路和花青素合成增强耐冷性。
MdICE1结合MdTYDC启动子并正调控其表达
酵母单杂交（Y1H）、电泳迁移率变动分析（EMSA）、双荧光素酶报告基因（Dual-LUC）和GUS实验证明MdICE1直接结合MdTYDC启动子的CACATG motif并激活其转录。MdICE1基因沉默导致多巴胺含量下降和耐冷性降低，证实MdICE1通过调控MdTYDC表达参与冷胁迫响应。
MdICE1与MdFAMA的相互作用
酵母双杂交（Y2H）、Pull-down、分裂荧光素酶互补（Split-LUC）等实验证实MdICE1与MdFAMA存在直接互作。MdFAMA沉默植株在冷冻胁迫下表现出更严重的萎蔫表型和更低的多巴胺含量，表明MdFAMA作为正调控因子参与苹果耐冷性。
MdFAMA促进MdICE1与MdTYDC启动子的结合
双荧光素酶报告基因、GUS和EMSA实验证明MdFAMA通过蛋白互作增强MdICE1对MdTYDC启动子的结合能力和转录激活活性。在MdTYDC过表达背景下共沉默MdICE1和MdFAMA导致最严重的冷伤害表型和最低的MdTYDC表达，而在干扰系中过表达这两个基因则显著提高耐冷性。外源多巴胺处理上调MdICE1和MdFAMA表达，形成正反馈循环。
讨论
本研究阐明了MdICE1/MdFAMA-MdTYDC转录模块通过多巴胺代谢调控苹果耐冷性的分子框架。多巴胺作为内源信号分子，通过增强抗氧化防御、维持膜稳定性、优化气孔运动和激活CBF通路等多途径提高耐冷性。MdICE1与MdFAMA互作增强对MdTYDC的转录激活，形成层级放大信号通路。该研究为果树抗逆机制解析和遗传改良提供了新靶点。
