DAP-seq助力揭示SlZHD8调控番茄果实糖积累的分子机制

文献题目：Salt-stress-induced tomato sweetening involves an SlSnRK2.6-SlZHD8 sugar accumulation cascade triggered by root-derived abscisic acid

发表期刊：THE EMBO JOURNAL

影响因子：8.3

物种：番茄

发表时间：2026年2月2日

发表单位：山东农业大学

蓝景科信提供：DAP-seq技术服务

主要研究结果

“顺境出产量，逆境促品质"，这句古老农谚在番茄种植中早已被验证——适度盐碱环境种出的番茄，甜度更高、风味更浓。但背后的科学机制，长期以来是未解之谜。

为解析盐胁迫提升番茄果实糖含量的分子机制，本研究通过同位素示踪与嫁接实验证实，根系来源的ABA是介导盐胁迫诱导果实糖积累的核心信号。进一步基因功能验证表明，SlSnRK2.6激酶作为ABA通路下游关键组分，直接调控盐胁迫下的果实糖积累。酵母双杂交实验确认，SlZHD8是SlSnRK2.6的直接互作蛋白，且对盐胁迫诱导的糖积累起负调控作用。在此基础上，磷酸化实验证明，盐胁迫下根系来源的ABA可促进SlSnRK2.6对SlZHD8的磷酸化修饰，该修饰显著降低SlZHD8的蛋白稳定性；遗传与表型分析进一步证实，完整的SlSnRK2.6-SlZHD8信号模块是盐胁迫下番茄果实糖积累的必需调控单元。

研究通过DAP-seq鉴定SlZHD8在全基因组范围内结合位点，两个重复共获得95,682个可信重叠峰，其中16.9%的峰位于启动子区，且在TSS上游约300bp的近端启动子区高度富集，其核心结合基序为TAATTAAT。GO与KEGG富集分析显示，这些靶基因显著富集于淀粉与蔗糖代谢、蔗糖响应、水解酶活性及液泡膜定位等糖代谢相关过程。通过DAP-seq与RNA-seq联合分析，筛选出SlSUS3（蔗糖水解）和SlSWEET12（糖转运）为SlZHD8调控果实糖积累的关键靶基因。后续经EMSA、ChIP-qPCR、双荧光素酶实验证实，SlZHD8可直接结合二者启动子并发挥转录抑制作用，而SlSnRK2.6在T247位点磷酸化SlZHD8可解除该抑制，进而促进果实糖积累。此外，SlSnRK2.6-SlZHD8-SlSWEET12模块可同步调控根系糖分分配与Na⁺/K⁺稳态，参与番茄植株耐盐性调控。群体遗传分析表明，ZHD8在番茄驯化过程中受到人工选择，并从中鉴定出能同时提升果实糖含量与耐盐性的优异天然单倍型。

本研究系统阐明了盐胁迫下根系信号调控果实增甜的分子机制，为逆境促品质这一重要农业现象提供了核心理论支撑，并为番茄品质与抗逆协同改良提供了关键基因资源与育种靶点。

图1. ABA含量升高介导盐胁迫下番茄果实的糖分积累。（A–G）盐胁迫对（A）果实表型、（B）单果重、（C）成熟时间、（D）可溶性固形物含量、（E）葡萄糖含量、（F）果糖含量及（G）ABA含量的影响。（H–L）内源ABA与盐胁迫的互作对（H）ABA含量、（I）单果重、（J）可溶性固形物含量、（K）葡萄糖含量及（L）果糖含量的影响。

图2. 根系来源的ABA激活SlSnRK2.6激酶，介导盐胁迫下番茄果实的糖分积累。（A）盐胁迫对ABA从根/叶向果实运输的影响。（B）对照和盐胁迫条件下，野生型嫁接植株（WT/WT）与未嫁接植株（WT/not）的ABA含量。（C–F）根系来源ABA与盐胁迫的互作对（C）可溶性固形物含量、（D）葡萄糖含量、（E）果糖含量及（F）SlSnRK2.6激酶活性的影响。（G–J）SlSnRK2.6与盐胁迫的互作对（G）单果重、（H）可溶性固形物含量、（I）葡萄糖含量及（J）果糖含量的影响。

图3. SlSnRK2.6与SlZHD8相互作用并使其磷酸化，进而介导盐胁迫下番茄果实的糖分积累。（A）SlZHD8的亚细胞定位。（B）酵母双杂交（Y2H）实验表明SlSnRK2.6与SlZHD8相互作用。（C）Pull-down实验表明SlSnRK2.6与SlZHD8相互作用。（D）免疫共沉淀（Co-IP）实验表明SlSnRK2.6与SlZHD8相互作用。（E）双分子荧光互补（BiFC）实验表明SlSnRK2.6与SlZHD8相互作用。（F）荧光素酶互补成像（LCI）实验表明SlSnRK2.6与SlZHD8相互作用。（G）SlSnRK2.6在体外磷酸化SlZHD8的T247位点。（H）SlSnRK2.6在体内磷酸化SlZHD8的T247位点。（I）盐胁迫下根系来源的ABA参与SlZHD8的体内磷酸化。（J）盐胁迫下SlSnRK2.6参与SlZHD8的体内磷酸化。（K）无细胞降解实验表明SlZHD8发生依赖于SlSnRK2.6的降解。（L）体内实验表明SlZHD8发生依赖于SlSnRK2.6的降解。（M–P）SlSnRK2.6-SlZHD8模块对盐胁迫下果实糖分积累至关重要。（M）单果重、（N）可溶性固形物含量、（O）葡萄糖含量、（P）果糖含量。

图4. SlSnRK2.6介导的SlZHD8磷酸化解除其对SlSUS3和SlSWEET12的转录抑制。（A）韦恩图展示DAP-seq鉴定得到的结合峰。（B）SlZHD8结合峰在番茄基因组上的分布。（C）启动子区域富集的SlZHD8结合基序。（D）启动子区域SlZHD8结合峰的KEGG富集分析。（E）韦恩图展示RNA-seq与DAP-seq的重叠基因情况。（F、G）对照与盐胁迫条件下，SlSUS3和在野生型及slzhd8突变体果实中的表达模式。（H）SlSUS3和SlSWEET12启动子上的SlZHD8结合基序。（I）EMSA实验证实SlZHD8可直接结合SlSUS3和SlSWEET12启动子探针。（J）EMSA实验显示，SlSnRK2.6对SlZHD8的磷酸化降低其DNA结合能力。（K）ChIP实验显示，SlSnRK2.6对SlZHD8的磷酸化降低其DNA结合能力。（L）转录激活实验显示，SlSnRK2.6对SlZHD8的磷酸化解除其转录抑制作用。（M）SlSnRK2.6对SlZHD8的磷酸化解除其对SlSUS3和SlSWEET12的转录抑制。

图5. SlZHD8-SlSUS3/SlSWEET12模块参与盐胁迫下番茄果实糖分积累与胁迫耐受性。（A–C）SlZHD8-SlSUS3模块对盐胁迫下果实糖分积累至关重要。（A）可溶性固形物含量；（B）葡萄糖含量；（C）果糖含量。（D–F）SlZHD8-SlSWEET12模块对盐胁迫下果实糖分积累至关重要。（D）可溶性固形物含量；（E）葡萄糖含量；（F）果糖含量。（G–K）SlZHD8-SlSWEET12模块参与盐胁迫耐受性调控。（G）盐胁迫下幼苗及根系表型；（H）植株干重；（I）根冠比；（J）根系可溶性糖含量；（K）根系Na⁺/K⁺比值。

图6. ZHD8的自然变异与果实糖分积累及耐盐性相关。（A）ZHD8位于番茄驯化选择区间内，但未达到改良选择区间的阈值。（B）基于631份番茄种质（包括野生醋栗番茄SP、樱桃番茄SLC、栽培番茄SLL，含传统品种与现代品种）的ZHD8单倍型聚类分析。（C）EMSA实验显示ZHD8^HapB单倍型DNA结合能力降低。（D）ChIP实验显示ZHD8^HapB单倍型DNA结合能力降低（E）ZHD8单倍型在SP、SLC、SLL（传统品种与现代品种）群体中的频率分布，标注各组中HapA与HapB的数量。（F）ZHD8^HapA与ZHD8^HapB的地理分布。（G–J）ZHD8^HapB单倍型在盐胁迫下增强果实糖分积累。（G）单果重；（H）可溶性固形物含量；（I）葡萄糖含量；（J）果糖含量。（K–O）ZHD8^HapB单倍型增强植株耐盐性。（K）盐胁迫下幼苗及根系表型；（L）植株干重；（M）根冠比；（N）根系可溶性糖含量；（O）根系Na⁺/K⁺比值。

图7. 机制模式图。在盐胁迫条件下，根部产生的脱落酸（ABA）向果实的运输量增加。果实中升高的ABA会激活SlSnRK2.6激酶，该激酶通过磷酸化SlZHD8并降低其蛋白质稳定性及DNA结合能力，从而抑制SlZHD8的功能；这一过程解除了SlZHD8对SlSUS3和SlSWEET12的抑制作用，进而促进果实糖分积累。与此同时，SlSnRK2.6-SlZHD8-SlSWEET12调控模块还参与调节根部糖分积累并赋予植物盐胁迫耐受性。进化分析鉴定出一种优异单倍型ZHD8^HapB，因其启动子结合亲和力降低，可在提升果实糖分的同时增强耐盐性。