Das SlTHM27-SlGAD2-Modell reguliert die Kältetoleranz von Tomaten durch die Regulierung von GABA und Anthocyanen

Die Häufigkeit und Intensität von Pflanzenstress hat in den letzten Jahren aufgrund des Klimawandels zugenommen. Unter anderem sind niedrige Temperaturen ein unvermeidbarer Umweltfaktor, der die landwirtschaftliche Produktivität einschränkt.

γ-Aminobuttersäure (GABA) ist eine nicht proteinhaltige Aminosäure mit vier Kohlenstoffatomen, die in allen Lebensbereichen, einschließlich Bakterien und Eukaryoten, weit verbreitet ist. Exogenes GABA kann die Pflanzentoleranz gegenüber verschiedenen Belastungen wirksam erhöhen. Der spezifische Wirkmechanismus von GABA bei der Kältetoleranz bei Pflanzen ist jedoch nicht klar.

Im April 2024, Gartenbauforschung veröffentlichte eine Forschungsarbeit mit dem Titel „SlGAD2 ist das Ziel von SlTHM27 und reguliert die Kältetoleranz positiv, indem es die Anthocyan-Biosynthese in Tomaten vermittelt„, eine Zusammenarbeit zwischen dem Team von Prof. Xiaohui Hu an der Northwest A&F University und dem Akademiker Tianlai Li von der Shenyang Agricultural University.

Diese Studie zeigte erstmals, dass das exogene Besprühen von 55 mM GABA die Kältetoleranz von Tomatensämlingen deutlich erhöhte. Um weiter zu untersuchen, wie GABA auf den Prozess der Kältetoleranz in Tomatenpflanzen reagiert, analysierte diese Studie die Expressionsniveaus von GABA-Synthese-bezogenen Genen (SlGAD1-5) bei niedrigen Temperaturen und stellte fest, dass SlGAD2 positiv auf Kältestress reagierte.

Es wurde gezeigt, dass eine Überexpression von SlGAD2 die endogenen GABA-Spiegel erhöhte, das Ausmaß der Schädigung der Zytoplasmamembran verringerte und die Aktivität antioxidativer Enzyme sowie die ROS-Fängerkapazität verbesserte, wohingegen SlGAD2-Mutanten einen kälteempfindlichen Phänotyp aufwiesen. Interessanterweise ergab diese Studie, dass eine Überexpression von SlGAD2 die Anthocyan-Biosynthese als Reaktion auf Kältestress induzierte, indem sie den endogenen GABA-Spiegel erhöhte.

Darüber hinaus wurde die SlGAD2-Expression durch den Transkriptionsfaktor SlTHM27 negativ reguliert. Allerdings wurden die Transkriptmengen von SlTHM27 unter Kältestress gesenkt. SlTHM27 reguliert die Kältetoleranz von Tomaten negativ, indem es die durch SlGAD2 geförderte GABA-Akkumulation und Anthocyan-Biosynthese hemmt.

Zusammenfassend hat diese Studie zum ersten Mal gezeigt, dass der Mechanismus des SlTHM27-SlGAD2-Regulationsmoduls auf Kältestress reagiert, indem es den GABA-Spiegel reguliert, was wertvolle Erkenntnisse zur Verbesserung der Kältetoleranz bei Tomaten liefert.