Hortic Res（IF=8.5）▏DAP-seq助力解析SlbHLH70调控番茄耐旱性的分子机制

文献题目：Transcription factor SlbHLH70 enhances drought tolerance in tomato

发表期刊：Horticulture Research

影响因子：8.5

物种：番茄

发表时间：2026年3月5日

发表单位：新疆维吾尔自治区农业科学院

蓝景科信提供：DAP-seq技术服务

主要研究结果

干旱是制约全球番茄产量与品质的关键非生物胁迫，挖掘抗旱核心调控因子、解析其分子机制，是抗逆育种的重要科学问题。ABA信号是植物干旱应答的核心调控途径，bHLH转录因子广泛参与植物逆境响应，但番茄中参与耐旱调控的关键bHLH因子及其作用通路仍不明确。

本研究通过番茄组织表达谱分析，从bHLH转录因子家族中筛选并鉴定出关键抗旱基因SlbHLH70。表型分析显示，SlbHLH70过表达株系抗旱与复水恢复能力显著提升、存活率提高，敲除突变体则抗旱性显著下降、存活率大幅降低，表明SlbHLH70可正向调控番茄的耐旱性。进一步通过DAP-seq技术解析SlbHLH70全基因组结合位点，发现其结合峰显著富集在转录起始位点（TSS）附近，其中5.97%结合位点分布在TSS上游2kb区域内；MEME分析鉴定出其核心结合基序为G-box（CACGTG）；GO富集分析显示，SlbHLH70的直接靶基因显著富集于缺水响应、ABA应答、渗透胁迫信号传导及ABA介导的信号通路等。结合RNA-seq和EMSA验证进一步证明，SlbHLH70通过直接结合下游靶基因启动子正向调控番茄耐旱性。

本研究系统解析了SlbHLH70调控番茄响应干旱胁迫的分子通路与作用机制，不仅深化了对植物抗旱机制的认识，更为番茄抗逆遗传改良提供了重要候选基因与理论支撑。

图1. SlbHLH70的表达与抗旱性相关。（A）拟南芥（AtbHLH）、水稻（OsbHLH）和番茄（SlbHLH）bHLH家族蛋白的邻接（NJ）系统发育树。（B）SlbHLH70基因启动子区的顺式作用元件预测。（C）SlbHLH70在6周龄番茄植株中的组织特异性表达。（D–F）SlbHLH70的时间序列表达模式。

图2. SlbHLH70是番茄抗旱性所必需的。（A）PCR检测特异性外源序列。（B）qRT-PCR分析SlbHLH70在野生型（WT）和过表达株系（OE）中的表达水平。（C）14天干旱胁迫后复水4天，野生型与SlbHLH70过表达植株的存活率（每个株系n=30株）。（D）干旱胁迫（0、11、14天）及恢复阶段（3小时、4天）野生型与过表达植株的表型对比。（E）SlbHLH70基因结构及第一个外显子上两个gRNA靶点示意图。（F）SlbHLH70敲除株系（KO）的Sanger测序结果（KO1：缺失140bp；KO3：缺失1bp；KO4：插入1bp）。（G）野生型、KO1、KO3和KO4中SlbHLH70靶标区域的氨基酸序列比对。（H）野生型与敲除植株复水1天后的存活率。（I）干旱与恢复条件下野生型（WT）和敲除株系植株的表型比较。

图3. SlbHLH70全基因组潜在直接靶基因的鉴定。（A）SlbHLH70-GFP融合蛋白在本氏烟草表皮细胞中的亚细胞定位。（B）SlbHLH70结合峰相对于转录起始位点（TSS）的分布。结合峰在转录起始位点上游2kb范围内显著富集。（C）SlbHLH70结合峰在基因区域的分布。（D）通过MEME分析鉴定得到的最富集基序（CACGTG，E值=3.2e-942）（E）Motif 1的Centrimo分析，展示基序相对于DAP-seq峰中心的位置。（F）SlbHLH70直接靶基因的前20个富集GO条目。

图4. SlbHLH70直接调控的干旱响应基因的鉴定。（A-B）干旱胁迫与正常浇水条件下，SlbHLH70敲除株系（KO4）（A）和野生型植株（WT）（B）中差异表达基因（DEGs）的火山图（|log₂FC|≥2，p.adj≤0.01）。（C）干旱胁迫下KO4与野生型植株差异表达基因的韦恩图比较。（D）依赖SlbHLH70的差异表达基因的GO富集分析。（E）DAP-seq结合峰与RNA-seq数据的联合分析。（F）经DAP-seq与RNA-seq联合分析鉴定的151个SlbHLH70直接靶基因的GO富集分析。（G）干旱胁迫下，部分干旱应答型SlbHLH70靶基因的表达模式热图。

图5. SlbHLH70影响干旱胁迫下番茄ABA合成与信号相关基因的表达。（A）受SlbHLH70表达影响的一系列ABA合成及信号转导相关基因在番茄中的表达谱。（B）SlbHLH70在ABA合成与信号转导相关基因启动子区域的富集峰定位。（C）EMSA实验显示SlbHLH70可直接结合SlSnRK2.1、SlPYL8、SlPP2C5及SlCYP707A2的启动子探针。（D–G）干旱胁迫下野生型（WT）、过表达（OE）及敲除（KO）植株叶片和根中内源ABA（D、F）与JA（E、G）含量。

图6. SlbHLH70影响干旱胁迫下番茄根系发育相关基因的表达。（A）受bHLH70表达影响的一系列番茄根系发育相关基因的表达谱。（B）SlbHLH70在根系发育相关基因启动子区域的富集峰定位。（C）经过9天干旱胁迫的野生型（WT）与转基因植株的根系形态。（D）EMSA结果显示，SlbHLH70可直接结合SlCycA2;1与SlLBD40的启动子探针。（E，F）自然干旱对野生型（MT）及SlbHLH70转基因番茄幼苗根系的影响（n=10）。（E）正常浇水与自然干旱9天后，SlbHLH70过表达（OE）、敲除（KO）及野生型（MT）番茄幼苗的根长。（F）正常浇水与自然干旱9天后，SlbHLH70过表达（OE）、敲除（KO）及野生型（MT）番茄幼苗的根干重。

图7. SlbHLH70调控番茄抗旱性的功能模式图。在干旱胁迫下，SlbHLH70直接结合ABA合成相关基因（如SlNCED1）和信号转导相关基因（如SlPYL8、SlSnRK2.1）启动子区的G-box基序，激活这些基因的转录，进而提高内源ABA含量并激活下游胁迫响应级联反应。同时，SlbHLH70靶向根系发育相关基因（如SlCycA2;1、SlLBD40），促进根系生长与生物量积累，增强水分吸收能力。相反，敲除SlbHLH70会破坏ABA代谢平衡与根系可塑性，最终导致植株抗旱性下降。