挖掘植物抗旱基因并揭示抗旱机制具有重要理论意义和应用价值。番茄是全世界最重要的蔬菜作物之一，在我国蔬菜产业中具有重要的地位。我国农业遭受干旱危害非常严重，已经成为制约农业生产发展的关键因素之一。为了加速抗旱育种，挖掘抗旱基因及其分子机制至关重要。番茄起源于南美洲的安第斯山地带的干旱地区，野生种番茄具有很好的抗旱性，但是随着人为驯化和自然变异，目前的栽培番茄大多对干旱都很敏感。

学院园艺植物发育与逆境生物学创新实验室李金华教授团队联合华中农业大学张俊红教授团队于9月13日在国际知名期刊《Nature Communications》上在线发表了题为“A truncated B-box zinc finger transcription factor confers drought sensitivity in modern cultivated tomatoes”的研究论文。该论文从番茄种质（醋栗PIM，樱桃CER和大番茄BIG）进化上发现了一个抗旱相关的重要SNP，该SNP会导致一个B-box锌指转录因子BBX18的提前终止并影响基因的转录活性。通过调查321份番茄种质资源核苷酸的多样性，发现在该SNP突变在番茄进化过程中是自然突变形成的。不同种番茄资源进行耐旱性分析，发现番茄的抗旱性是和该SNP的突变类型是密切相关的。

敲除BBX18能够显著提高番茄的抗旱性，干旱情况下，显著提高了番茄的产量。为了研究基因的调控机制，通过IP-MS、Y2H等方法筛选得到269个BBX18可能互作的蛋白，主要富集在溶质转运、氧化还原调控、光合作用、囊泡转运、转录、转录后调控途径中。有意思的是IP-MS和Y2H均发现BBX18与APX1互作。进一步的互作验证证明了BBX18的两个串联B-box结构域（N端）和APX1互作。

通过转录组和ChIP数据分析，发现BBX18和APX1启动子区域的C3顺式作用元件结合，并且BBX18的C端特异结合SlAPX1启动子中的C3顺式作用元件抑制SlAPX1基因的表达。遗传基因聚合分析也表明BBX18调节APX酶的活性和APX1基因的表达。

综上，本研究发现的BBX18一个自然变异（BBX18^TT）由于提前出现终止密码子从而编码一个C端截短蛋白。在大多数野生型番茄种质资源中都是 BBX18^CC等位基因，包含全长的BBX18蛋白。在多数栽培番茄中为 BBX18^TT等位基因。这项研究解析了BBX18-APX1模块介导的植物耐旱性的新的分子机制，对番茄抗旱育种具有重要的指导意义。

西南大学为第一完成单位，李金华教授为论文的第一作者兼通讯作者，华中农业大学张俊红教授为本文共同通讯作者，华中农业大学博士后艾国，西南大学王亚玲博士研究生和丁寅博士研究生为本文共同第一作者。参与研究的还有西南大学张兴国和潘宇教授、吴浪博士、美国爱达荷大学的Zonglie Hong教授等。该研究得到了重庆市技术创新与应用发展重点专项、国家自然科学基金、广西科技计划项目、中央高校基本科研业务费专项资金、中国农业研究体系专项资金资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51699-7