近日，云南大学农学院黄斌全团队在植物科学领域TOP期刊Plant Physiology（5YIF = 8.6）上在线发表了题为“The transcription factor StC3H14 enhances cold tolerance through the CBF-dependent pathway in potato”的研究论文。该研究揭示了一个新的调控CBFs的转录因子StC3H14，通过激活CBF-COR信号途径增强马铃薯的耐寒性，并在低温生长条件下显著提高单株产量，为马铃薯耐寒育种提供了新的靶基因。

马铃薯（Solanum tuberosum）是我国第四大粮食作物，产量居世界首位，其产业是云南乡村振兴的重要支柱。然而，高寒山区的短无霜期短、苗期倒春寒以及动作区的低温波动，常导致叶片枯萎、块茎发育受阻，造成严重减产和品质下降。利用马铃薯野生种质资源挖掘耐寒基因，并解析其与产量协同调控机制，是育种改良的重要路径。该研究发现的StC3H14启动子的天然结构变异，为培育耐寒且低温下稳产增产的新品种提供基因资源和分子靶标，为助推云南冬作区与高寒山区马铃薯稳产增效及区域粮食安全提供了重要的理论支撑与材料基础。

为探究耐寒野生材料S. commersonii耐寒性强的分子基础，研究团队比较了其与多个冷敏感材料的转录组，发现一个CCCH型锌指转录因子，StC3H14，在耐寒种中被低温诱导激活。该转录因子可直接调控CBF基因的表达进而激活下游冷响应（COR）相关的基因（图1），而在冷敏感相关材料中该基因几乎不响应低温诱导（图2a）。比较基因组分析表明，耐寒材料中StC3H14启动子区存在一段2,015 bp的插入片段，其中含有一个低温响应LTR顺式作用元件；正是该插入赋予了StC3H14冷诱导表达能力，而冷敏材料中因缺失该插入，无法在低温下高效启动该基因，进而削弱CBFs介导的耐寒响应（图2）。

图1 StC3H14直接调控StCBF1和StCBF3基因的表达

图2 启动子变异导致耐寒材料中StC3H14基因冷诱导能力增强

进一步的功能研究发现，在低温处理下，相对于野生型对照，StC3H14过表达马铃薯植株存活率显著提高，丙二醛积累降低，可溶性糖含量增加，耐寒性明显增强（图3）。在低温（15 ℃光照/10 ℃黑暗）生长条件下，StC3H14过表达株系的单株块茎产量较野生型提高约18-25%，块茎数量无显著变化（图3）。在常温条件下，过表达植株的株高和产量相对于野生型均无显著差异。综合上述结果，该研究鉴定了一个新的CBF上游调控因子StC3H14，其启动子的自然变异赋予其低温诱导表达能力，进而激活依赖CBF的冷胁迫响应途径从而提高马铃薯耐寒性，表明该基因具有提高马铃薯低温生长条件单株产量的遗传改良潜力（图4）。该成果对云南等冷凉种植区马铃薯抗寒稳产育种具有直接的应用前景。

图3 过表达StC3H14增强转基因植株耐寒性并提高低温下单株产量

图4 StC3H14调控马铃薯耐寒性模式图

云南大学农学院博士后孙思凡博士为该论文第一作者，黄斌全研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、云南省基础研究计划以及中央引导地方科技发展专项等项目的资助。

来源：农学院

编辑：奚利 责任编辑：李哲