锌是高等植物不可或缺的微量营养素，参与多种生理和生化过程，包括酶催化、核酸代谢、光合作用功能以及众多转录调节因子的结构稳定[1]。据估计，锌对300多种酶和许多含锌指结构域蛋白的活性或结构完整性至关重要，这突显了它在维持植物生长和生产力方面的关键作用[2]。然而，当锌积累超过细胞的稳态能力时，它就从必需元素转变为有毒因子，引发广泛的代谢功能障碍。过量的锌会干扰养分吸收、破坏蛋白质折叠、扰乱膜完整性、引起黄化并抑制生长，并通过活性氧（ROS）的过度积累引发严重的氧化应激[3]。这些有害效应强调了将细胞内锌浓度维持在严格调控的稳态范围内的必要性。
近几十年来，锌污染已成为农业生态系统中日益严重的环境问题。工业排放、采矿作业、污水灌溉以及化肥和农药的长期过度使用都导致了全球可耕地土壤中锌含量的升高[4]。在多年生果树生产系统中，这一问题尤为突出，因为这些植物在同一土壤环境中存活多年，导致重金属逐渐积累。苹果是一种全球重要的果树，由于其较长的生产周期和深长的多年生根系，特别容易受到锌胁迫的影响。除了其农业价值外，苹果还具有多个实验优势，包括基因组注释完善、幼苗期较短以及成熟的遗传转化系统。这些特点使得苹果成为研究木本多年生植物锌胁迫反应的理想模型。果园土壤中过量的锌与树木活力下降、养分平衡受损、根系活性减弱、光合作用能力降低以及叶片出现黄化或坏死现象有关，最终导致果实产量减少和果实品质下降[5],[6]。随着全球对高质量水果需求的增加以及农业土壤的持续退化，阐明苹果锌耐受性的分子机制既具有科学意义，也具有农艺重要性。
植物依靠复杂的调控机制在变化的环境中维持锌的稳态。该系统控制着锌从土壤中的吸收、在根组织中的径向运输、向液泡区的隔离、从细胞质的排出、通过木质部和韧皮部的远距离转运，以及由过量锌产生的ROS的解毒[7],[8]。已鉴定出几个转运蛋白家族作为这一系统的核心组成部分。ZIP（ZRT/IRT样蛋白）家族介导锌进入根表皮和皮层细胞[9]，而NRAMP转运蛋白则促进锰（Mn）、锌（Zn）和镉（Cd）跨质膜的转运[10],[11]。一旦进入细胞，过量的锌会立即通过MTP1和MTP3等阳离子扩散促进因子被隔离到液泡中[12],[13]，或通过HMA2、HMA3和HMA4等P1B型ATP酶介导的内部膜转运[14],[15]。这些转运蛋白共同维持细胞质中的锌稳态并防止毒性。此外，锌胁迫会引发快速的ROS积累，植物需要激活抗氧化系统和应激响应的转录程序来保护细胞结构[16],[17]。
尽管在锌转运蛋白的表征方面取得了显著进展，但协调这些解毒途径的上游转录调节因子仍知之甚少。在拟南芥中，基础亮氨酸拉链（bZIP19/23）[18]、WRKY转录因子（WRKY）[19]、基础螺旋-环-螺旋（bHLH）[20]和髓母细胞瘤（MYB）[21]蛋白等转录因子已被发现参与锌缺乏信号传导或重金属胁迫反应，为理解锌响应的转录调控奠定了基础。这些转录网络确保了参与隔离、排出和重新分布的转运蛋白基因在金属水平波动时得到适当激活。然而，在像苹果这样的木本多年生植物中，类似的调控机制仍不甚明确。多年生物种具有更复杂的发育模式、更长的胁迫暴露期和独特的生理策略，表明在一年生模式植物中发现的转录网络可能无法完全解释果树的金属胁迫适应机制。
新兴证据表明，与染色质结合的高迁移率B族（HMGB）蛋白可能作为先前被忽视的应激响应转录调节因子。HMGB蛋白是HMG家族的主要亚类，它们结合AT富集的cis元件，并参与调节染色质松弛和转录激活[22],[23]。在哺乳动物中，HMGB蛋白参与DNA弯曲和转录复合体的组装；而在植物中，越来越多的证据表明HMGB蛋白参与激素信号传导、免疫和非生物胁迫适应，包括干旱、盐度和温度响应[24],[25]。尽管如此，HMGB蛋白在重金属胁迫（尤其是锌毒性）中的作用仍受到较少关注。鉴于AT富集的启动子区域在胁迫基因调控中的核心作用，以及这些基序在金属稳态基因中的富集，HMGB蛋白可能作为连接锌解毒途径的未被识别的调节因子。
在本研究中，MdHMGB15被证明能够显著增强苹果愈伤组织和异源系统中的锌耐受性。通过EMSA、Y1H和双荧光素酶分析，发现MdHMGB15直接与关键锌稳态基因的启动子结合并激活这些基因，包括MdHIP37、MdHMA3、MdHMA5、MdMT3、MdMTP1和MdNRAMP5。进一步发现，在锌胁迫下MdHMGB15的蛋白稳定性增加，从而快速放大调控信号。总体而言，这些发现表明MdHMGB15是一种先前未被识别的转录调节因子，它通过直接激活金属转运蛋白基因和调节应激响应途径来协调锌的解毒。这项工作为HMGB蛋白的功能提供了新的见解，并提示MdHMGB15可能是开发耐锌果树的潜在分子靶点。
