2024年10月2日，云南农业大学园林园艺学院营养逆境与品质改良杨建立/范伟团队在Horticulture Research期刊(IF=7.6)上在线发表题为“SlST0P1-regulated SlHAK5 expression confers Al tolerance in tomato by facilitating citrate secretion from roots”的研究论文。该研究通过DAP-seq和RNA-seq在全基因组水平挖掘了番茄抗酸铝核心转录因子SlST0P1互作位点，明确了受SlST0P1直接调控的抗酸铝基因，并对其中一个与钾离子转运有关的转运蛋白基因SlHAK5在抗酸铝中的功能进行了解析。
云南省酸性土壤占了土地面积50%左右，在pH低于5.5的酸性耕地中，44%为旱地，33%为水田。土壤酸化导致的酸铝胁迫，矿质营养元素缺乏，以及土传病害高发，严重制约着云南省农作物的优质高效生产。Cys2His2型锌指结构转录因子ST0P1在高等植物中既保守又功能多变，而番茄中SlST0P1调控抗酸铝的分子生理机制仍未得到系统研究。
为了鉴定SlST0P1蛋白的全基因组结合靶点，作者进行了DNA亲和纯化测序（DAP-seq）实验。两个重复中共有peak数量为7824个，分布在不同染色体上。这些结合位点主要集中在基因转录起始位点（TSS）周围2 Kb的区域内，其中有68%的结合位点位于基因间区。同时鉴定到SlST0P1结合的motif：5′-CCTTCCCCAGATAA-3′。
图1 通过DAP-seq技术鉴定SlST0P1在全基因组的结合位点
为了确定SlST0P1在铝胁迫下的直接靶点，作者对多组样本进行了转录组测序，将RNA-seq中的327个overlap DEGs与DAP-seq中的启动子靶向基因进行联合分析。结果发现，在铝胁迫下SlST0P1通过与39个基因的启动子结合进行转录调控。这些SlST0P1直接调控的Al应答基因在功能上可分为转运体、转录因子、信号传导、代谢等基因。39个基因中有7个与已知的耐铝基因同源，表明这些目标基因可能是番茄中最重要的耐铝基因。作者将基因SlRAE1、SlSTAR1、SlHAK5和SlAAE3-1进行可视化，发现SlST0P1与这些基因的结合位点位于tss附近。随后作者挑选了SlHAK5基因进行双荧光素酶报告实验和EMSA验证。
图2 SlST0P1与Al调控基因簇的结合及其直接调控
本研究成功挖掘到酸铝胁迫下受SlST0P1直接调控的39个下游靶基因，包括课题组先前发现的甲酸盐脱氢酶基因SlFDH（The Plant Journal,2023,113:387–401；doi: 10.1111/tpj.16054）和本研究中揭示的钾离子转运蛋白基因SlHAK5。上述研究的发现进一步阐明了番茄抗酸铝核心分子调控网络，为创制耐酸铝番茄新种质奠定了基础。
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