SlHSFA7-SlRNF185模块通过泛素化降解SlVPS29增强番茄花粉耐热性的机制研究

《Plant Biotechnology Journal》：Ubiquitination-Mediated Degradation of SlVPS29 by the SlHSFA7-SlRNF185 Module Enhances Tomato Pollen Thermotolerance

本文揭示了番茄耐热性调控新机制：热激转录因子SlHSFA7在热胁迫下激活E3泛素连接酶SlRNF185的表达，进而介导液泡分选蛋白SlVPS29通过泛素-26S蛋白酶体系统（UPS）降解。该SlHSFA7-SlRNF185-SlVPS29调控模块显著提升花粉活力，为耐热番茄育种提供了新靶点。

　　

高温胁迫对全球农业生产构成严重威胁，特别是导致番茄等作物的育性下降和产量损失。研究表明，花粉和花药发育阶段对热胁迫尤为敏感。本文系统解析了番茄花粉耐热性的分子调控机制，发现了一个由热激转录因子SlHSFA7、E3泛素连接酶SlRNF185和液泡分选蛋白SlVPS29组成的新型调控模块。

SlRNF185的表达特征与功能验证

通过转录组分析发现，SlRNF185（Solyc02g065540）在热胁迫0.5小时后的番茄花蕾中显著上调表达。该基因编码一个含有C3HC4型RING-HC结构域的E3泛素连接酶，定位于细胞质和质膜。体外泛素化实验证实SlRNF185具有功能性E3连接酶活性。利用CRISPR-Cas9技术构建的slrnf185突变体在热胁迫下花粉存活率显著降低，而SlRNF185过表达株系则表现出增强的花粉耐热性。

SlVPS29作为SlRNF185的作用靶点

通过酵母双杂交筛选，发现SlVPS29与SlRNF185存在直接相互作用。体外泛素化实验表明，SlRNF185能够介导SlVPS29的泛素化修饰，且该过程依赖于SlVPS29的K22和K74位点。细胞降解实验和MG132处理实验证实，SlRNF185通过26S蛋白酶体途径降解SlVPS29。SlVPS29过表达株系表现出热敏感性，而其突变体slvps29则具有增强的花粉耐热性。slrnf185/slvps29双突变体的表型与slvps29单突变体相似，说明SlRNF185通过降解SlVPS29来增强花粉耐热性。

SlHSFA7的转录调控作用

研究发现SlHSFA7能够直接结合SlRNF185启动子区的热激元件（HSE），激活其转录表达。染色质免疫共沉淀（ChIP）和电泳迁移率变动分析（EMSA）实验证实了这种结合特异性。slhsfa7突变体在热胁迫下花粉活力显著降低，而SlHSFA7过表达株系则表现出增强的耐热性。这些结果表明SlHSFA7在热胁迫早期响应中起关键调控作用。

分子机制模型

在热胁迫条件下，SlHSFA7被迅速诱导表达，进而激活SlRNF185的转录。SlRNF185蛋白通过泛素-26S蛋白酶体途径降解热诱导产生的SlVPS29蛋白，从而减轻热胁迫对花粉发育的不利影响。该调控模块确保了番茄花粉在热胁迫条件下的正常发育和功能。

农业应用价值

该研究不仅阐明了番茄花粉耐热性的分子机制，更重要的是为耐热番茄品种的选育提供了新的基因资源和技术途径。通过调控SlHSFA7-SlRNF185-SlVPS29模块，有望培育出适应高温环境的番茄新品种，对保障全球粮食安全具有重要意义。