硼誘導的轉錄因子SlbZIP36基因調控番茄果實中番茄紅素的生物合成

摘要：硼元素是番茄生長發育所必需的微量營養元素。番茄作為全球最受歡迎的經濟作物之一，其番茄紅素含量是評估其營養品質的重要指標之一。通過大田試驗探討了不同硼供給水平對番茄紅素含量的影響，并分析了番茄紅素生物合成關鍵基因SlbZIP36對硼的響應。采用病毒誘導基因沉默技術（Virus-Induced Gene Silencing， VIGS）驗證了SlbZIP36基因在番茄紅素生物合成中的作用。結果表明：隨著施硼量的增加，番茄紅素含量也隨之增加。轉錄組分析顯示，bZIP家族與蔗糖、茉莉酸代謝以及植物激素信號轉導等過程相關。通過VIGS技術，番茄果實中PSY和PDS基因的相對表達量下調至對照組的0.61～0.77倍。此外，Person相關性分析結果顯示，SlbZIP36與果實中的硼含量之間存在顯著正相關（r=0.660，p＜0.05）。因此，SlbZIP36的過表達可能促進番茄紅素的生物合成。

關 鍵 詞：硼；SlbZIP轉錄因子；番茄紅素生物合成；轉錄組；病毒誘導基因沉默技術

中圖分類號：S641.2 文獻標志碼：A

文章編號：1673-9868（2025）03-0023-14

Boron Induced Transcription Factor SlbZIP36 Regulates the Biosynthesis of Lycopene in Tomato Fruits

LI Yanrui， MIAO Diji， XU Weihong

College of Resources and Environment，Southwest University，Chongqing 400715，China

Abstract：Boron is an essential micronutrient for tomato growth and development．Tomato is one of the most popular cash crops in the world．Lycopene is one of the most important indexes to evaluate the nutritional quality of tomato．The effects of different boron supply levels on lycopene content and the response of SlbZIP36，a key gene for lycopene biosynthesis，were studied by field experiment．The role of SlbZIP36 gene in lycopene biosynthesis was verified by Virus-Induced Gene Silencing （VIGS）．The results showed that lycopene content increased with the increase of boron content．Transcriptome analysis showed that bZIP family was related to sucrose metabolism，jasmonic acid metabolism and plant hormone signal transduction．By Virus-Induced Gene Silencing，the relative expressions of PSY and PDS in tomato fruits were down-regulated to 0.61-0.77 times of the control．In addition，a significant positive correlation was found between SlbZIP36 and boron content in fruit by Person correlation analysis （r=0.660，p＜0.05）．Overexpression of SlbZIP36 may promote lycopene biosynthesis．

Key words：boron；SlbZIP transcription factor；lycopene biosynthesis；transcriptome；Virus-Induced Gene Silencing

硼作為植物生長發育所必需的微量營養元素，參與并維持細胞壁的合成及其結構的穩定，同時還參與綠色植物的光合作用和糖的轉運等多種代謝過程^［1］。目前，我國約有3.3×10⁵ km²土地存在缺硼問題，尤其在降水充沛的東南地區，土壤缺硼現象尤為突出。硼的缺乏嚴重制約了當地作物的優質高產。與此同時，植物對硼的需求具有嚴格的適應范圍，極易出現硼毒害或硼缺乏癥狀^［2］。適量施用硼肥能夠有效提高植物的品質和產量^［3］。Xu等^［4］研究了不同硼含量施用方法對番茄果實品質和風味的影響。研究發現，無論是根施還是葉面噴施，均能提升番茄品質，且在葉面噴施的情況下，番茄紅素含量隨著硼含量的增加而增加，表明硼對番茄紅素的合成具有促進作用。

番茄紅素是一種類胡蘿卜素，研究表明其具有較強的抗氧化作用，能夠增強人體免疫力，對預防和治療前列腺疾病、心血管疾病及癌癥具有一定的效果^［5］。番茄紅素的生物合成是在多種酶的催化作用下完成的，主要通過MEP和MVA兩條合成途徑。其合成過程本質上是葉綠素逐漸降解，并轉化為以番茄紅素和β-胡蘿卜素為主的類胡蘿卜素。目前，已有研究表明，番茄紅素的關鍵合成基因及酶包括八氫番茄紅素合成酶（PSY）^［6］、八氫番茄紅素去飽和酶（PDS）^［7］、類胡蘿卜素異構酶基因（ZISO和CRTISO）^［8］、ζ-胡蘿卜素脫氫酶（ZDS）^［9］，此外，還有與番茄紅素合成相關的基因如LCYB等。洪敏^［10］通過病毒誘導基因沉默技術干擾枇杷果實中PSY基因的表達，結果表明，沉默處理后的果實侵染部位呈綠色，而對照組果實為黃色，且在果肉中均能檢測到TRV病毒分子，PSY基因的表達量降低了55.6%，總類胡蘿卜素含量降低了46.8%，這表明PSY基因在枇杷果實類胡蘿卜素積累中起著正向調控作用。Romero等^［11］通過病毒誘導基因沉默技術（Virus-Induced Gene Silencing，VIGS）沉默PDS基因，發現沉默后的水果番茄紅素含量顯著降低。Fantini等^［12］利用病毒誘導基因沉默結合高分辨率液相色譜技術研究了ZDS的功能，結果發現ZDS沉默后的水果類胡蘿卜素含量增加，且番茄紅素幾乎完全消失。Efremov等^［13］的研究表明，Z-ISO的表達與成熟番茄果實中類胡蘿卜素的含量呈正相關，同時品種和野生物種的轉錄分析表明，Z-ISO的表達水平可能是決定成熟番茄果實中類胡蘿卜素積累的關鍵因素。Ronen等^［14］研究發現，隨著番茄果實顏色逐漸加深，番茄紅素合成的上游基因PSY的表達水平上升，而下游代謝基因LCYB的表達水平則不斷降低，直至無法檢測到。這些研究均表明，相關基因的表達與番茄果實中番茄紅素的含量密切相關。

轉錄因子在調控植物生長發育和應激反應中起著重要作用，其中bZIP家族是植物中一類關鍵的轉錄因子家族。目前，已有研究成功鑒定了許多真核生物的bZIP基因家族成員。研究表明，番茄中含有69個bZIP基因成員，且這些基因成員可分為9個亞家族^［15］。bZIP家族轉錄因子由DNA結合的堿性區和可變的亮氨酸拉鏈區組成，其中堿性區高度保守，由約20個氨基酸殘基構成，包含一個核定位信號和一個保守的N-X7-R/K基序，后者能識別并結合啟動子特定的核酸序列；亮氨酸拉鏈區的N末端可以與酸性結構域結合，形成同源或異源二聚體，從而實現轉錄的抑制或活化^［16］。研究發現，bZIP轉錄因子在果實成熟方面也發揮著重要作用。有研究表明，番茄中bZIP轉錄因子SIHY5的敲除會降低花青素的積累。在光照條件下，番茄SIHY5能夠激活花色苷生物合成基因的轉錄，從而調節花色苷的合成，并影響由光調節的果實著色過程^［17］。在擬南芥的研究中發現，磷酸化作用會影響衰老bZIP轉錄因子GBF1與DNA的結合^［18］。此外，有研究認為，擬南芥的C/S1 bZIP網絡是協調植物生長和應激反應的一個信號樞紐^［19］。Hsieh等^［20］的研究發現，bZIP轉錄因子基因SlAREB在風干和高鹽度條件下顯著提高了番茄的抗逆性。這些研究表明，bZIP轉錄因子在不同物種中可能發揮相似或不同的作用。

番茄紅素的含量與其品種有著密切關系，不同品種的番茄表現出不同的性狀。例如，有些品種在成熟后呈現黃色^［21］，而有些則呈現紅色甚至深紅色。余越等^［22］通過VIGS技術對SlWRKY53b基因進行沉默研究，發現該基因在抑制番茄果實成熟和降低番茄紅素含量方面起著重要作用。目前，關于bZIP家族基因的研究主要集中在植物的非生物脅迫和生物脅迫響應上，而針對番茄果實成熟的研究相對較少，尤其是在番茄中，只有少數bZIP轉錄因子（TFs）被鑒定并進行了功能表征。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗盆栽土壤全氮含量為0.725 g/kg，堿解氮含量為136.73 mg/kg，有效磷含量為53.13 mg/kg ，速效鉀含量為182.3 mg/kg ，土壤有機質含量為20.78 g/kg，pH值（水/土=1/1）為5.88，有效硼含量為0.023 mg/kg。供試番茄品種分別為‘渝番713’和‘LBR1731’，由重慶市農科院蔬菜花卉所提供。試驗在西南大學資源環境學院溫室大棚內進行。大田試驗在潼南科光種苗中心進行，番茄為盆栽供試品種。

1.2 試驗方法

盆栽時間為2022年2月至2022年6月，硼質量濃度設置參照前期試驗結果^［23］，試驗設置5個濃度的硼砂：0，0.5，1，2，4 mg/L，分別記作CK，A1，A2，A3，A4。取5 kg過10 mm篩網篩選的風干土，裝入塑料盆中，混合加入N（150 mg/kg）、P（120 mg/kg）和K（180 mg/kg）肥料，其中K以硫酸鉀（K₂SO₄）形式加入，P以磷酸二氫氨（NH₄H₂PO₄）形式加入，N以NH₄H₂PO₄和尿素的形式加入。70%作為底肥，剩余30%根據番茄長勢酌情進行追肥（移栽21 d后第一次追肥）。土壤混合均勻并平衡2～3周后，每盆移栽2株長勢一致、體型健壯的番茄幼苗。在番茄開花期，按照設計的處理方案進行噴灑，每個處理進行3次重復，隨機排列。試驗期間使用去離子水進行澆灌，盆土水分保持在田間持水量的70%左右。

VIGS試驗于2023年1月至2023年6月在重慶市潼南區太柏路西的重慶科光種苗中心的大田中進行，供試品種為盆栽品種。硼質量濃度設置為0、1和2 mg/L，共3個處理，其中不施硼為對照組（CK）。每個處理設3次重復，共設計18個小區。大棚規格約為30 m×8 m，試驗根據溫室實際情況，選擇其中3廂進行種植。每廂種植兩行，約1/6廂為一個小區，每個小區種植20株番茄苗，保護行寬度及株行距根據當地種植習慣設置。所有處理的有機肥、氮磷鉀肥施用量及病蟲害防治均依據當地管理習慣。在番茄開花期，根據設計的處理進行噴灑，每個處理3次重復，隨機排列。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 番茄紅素及硼含量

硼含量采用姜黃素比色法測定^［24］，番茄紅素含量則通過HPLC高效液相色譜法進行測定^［25］，均進行3次重復試驗。

1.3.2 轉錄組測序

選取番茄開花期第7～8位葉片用于總RNA提取、mRNA純化、cDNA文庫構建及高通量測序（由深圳華大基因股份有限公司進行），并進行3次重復測序。

為將RNA-seq讀長（reads）與基因組進行比對，首先使用Trimmomatic v.0.39^［26］和fastp軟件對原始讀數質量進行評估。過濾后的讀數利用HISAT2 v2.1.0與番茄參考基因組（https：//solgenomics.net/ftp/genomes/Solanum_lycopersicum/Heinz1706/annotation/ITAG4.0_release/）比對。然后，使用StringTie v1.3.3（Pertea et al.，2016）進行轉錄本組裝，并使用內置的prepDE.py腳本計算讀數。差異表達基因（DEGs）的篩選使用DESeq2 package v1.16.1（Michael et al.，2014），篩選條件為：表達倍數變化大于1.5，FDR（False Discovery Rate）＜0.05。GO和KEGG背景注釋信息分別通過www.geneontology.org和www.genome.jp/kegg網站獲取，并通過clusterProfiler包進行富集分析。使用Blast2GO將番茄蛋白序列與Swissport數據庫（https：//www.expasy.org/resources/uniprotkb-swiss-prot）進行比對和注釋，并通過超幾何分布法確定差異基因富集的GO術語。為了進一步探討與差異表達基因相關的信號通路，使用TBtools軟件進行KEGG通路富集分析。轉錄組測序數據差異表達分析使用limma包，篩選閾值為p＜0.05，log₂FC＞1或log₂FC＜-1。差異基因的火山圖通過ggplot2包繪制，bZIP家族基因的表達水平熱圖通過pheatmap包生成。基因表達水平的相關性通過Hmisc包計算，并使用corrplot包繪制相關性熱圖。根據p值與相關系數r篩選共表達基因，最終通過Cytoscape繪制共表達網絡。

1.3.3 bZIPs基因表達

根據基因的保守序列選取靶片段，并使用primer3Plus進行實時熒光定量引物設計，隨后在NCBI數據庫中進行目的基因匹配驗證（表1、表2）。

采用PowerUp^TMSYBR^TMGreen Master Mix（Applied Biosystems，Vilnius，Lithuania）試劑盒配制反應體系，并使用熒光定量PCR儀（QuantStudio^TM 1 System，USA）進行定量PCR分析。PCR反應程序為：95 ℃預變性10 min，95 ℃變性30 s，60 ℃退火30 s，進行40個循環；隨后從60 ℃升溫至95 ℃，檢測產物溶解曲線。所有試驗均重復3次。

目標基因的相對表達量使用2^-ΔΔCT方法計算，其中CT值表示熒光信號達到設定閾值所經歷的反應循環數^［27］。

1.3.4 病毒介導的番茄SlbZIP36的沉默

使用primer3Plus設計帶有酶切位點BamHI和SmaI的TRV同源臂引物，進行目的基因的擴增。通過限制性內切酶酶切載體，并進行同源重組構建重組載體。隨后，將重組載體轉化至大腸桿菌感受態DH5α中，并使用含有卡那霉素的抗性固體培養基進行篩選。通過菌檢PCR獲得陽性克隆后，提取質粒并送往北京擎科新業生物技術有限公司（武漢）進行測序確認。測序結果正確的克隆菌株進行擴繁，提取質粒，并采用凍融法轉入農桿菌。農桿菌轉化篩選使用含有卡那霉素、利福平和慶大霉素的培養基，挑選單一菌落進行菌液PCR，并用瓊脂糖凝膠電泳檢測進行驗證^［28］。確認正確的農桿菌液后，在3種抗性篩選（卡那霉素、利福平和慶大霉素）培養基上進行過夜震蕩培養。次日，離心收集菌體，用等體積的緩沖液（10 mmol/L氯化鎂、10 mmol/L MES、200 μmol/L乙酰丁香酮，pH=5.6）重懸菌體，并調節OD600為1.0左右。將pTRV1與轉化農桿菌的培養液按1∶1比例混合，室溫黑暗孵育3 h后^［29］，使用1 mL無菌注射器注射番茄果柄和相鄰葉片^［22］。注射后將番茄果實置于黑暗環境中培養24 h，隨后恢復正常生長條件。接下來，在注射后的7 d內進行連續采樣以檢測沉默效率，以注射pTRV2-PDS的果實作為參照。在約3周后，待番茄果實出現明顯癥狀（如與同期相比不變色或變色延遲）時，取樣后用qRT-PCR來測定基因表達量，并測定番茄紅素含量及其相關合成基因的表達水平。試驗重復3次。

1.4 數據處理與統計分析

使用SPSS Statistics 26.0軟件進行數據分析，具體方法包括主成分分析、單因素方差分析（One-way ANOVA）、相關性分析（Pearson相關系數法）。對于不同處理間的均值差異顯著性，采用LSD檢測法進行比較，顯著性水平設定為p＜0.05。

2 結果與分析

2.1 不同供硼水平對番茄植株生物量的影響

如圖1所示，隨著供硼水平的增加，番茄植株的莖葉總質量與果實質量呈現先增加后減少的趨勢。與對照組相比，兩個品種的番茄植株莖葉質量分別在A2和A3處理下達到最大值，分別為對照組的1.24倍和1.28倍，且與其他處理組相比具有顯著差異。‘渝番713’的莖葉總質量在A2處理下開始有顯著差異，在A4處理下略有下降，但仍高于對照組，總質量相比對照組增長了3.65%～24.35%。對于‘LBR1731’，隨著供硼水平的增加，莖葉總質量也在A2處理下顯著增加，但在A4處理下有所下降。除A4處理外，其莖葉總質量分別增長了8.66%～28.23%。總體而言，兩個品種在各處理組間的差異較為顯著。隨著供硼水平的增加，兩個品種的番茄果實總質量也呈現逐步增加的趨勢。與對照組相比，兩個品種的番茄均在A3處理下達到了最大值，分別為對照組的1.43倍和1.25倍。‘渝番713’果實質量隨著供硼水平增加呈現先增加后減少的趨勢，在A2處理下表現出顯著差異，A4處理雖呈下降趨勢，但仍高于對照組，果實質量增長了17.49%～43.05%。‘LBR1731’的變化趨勢與‘渝番713’類似，在A2處理下出現差異，在A3處理下達到最大值，除A4處理外，果實質量分別增長了13.39%～24.94%。這些結果表明，適當的硼處理有助于促進番茄植株的生長。

如圖2所示，兩個番茄品種的地下部質量均隨硼水平的增加而增加。與對照組相比，兩個品種的地下部質量在A3處理下分別達到了最大值，分別為對照組的1.87倍和1.51倍，增長幅度為34.86%～87.23%和6.23%～51.62%。同時，圖中還顯示，與A3處理相比，番茄植株在A4處理下的地下部質量明顯降低，但仍高于對照組。表明適宜的硼濃度有助于促進番茄植株的生長，而過量的硼供應可能會抑制植株的生長。

2.2 不同供硼水平對番茄硼量的影響

如表3所示，隨著供硼水平的增加，‘渝番713’的根部含硼量升高，在A2處理下達到最大值，相比對照組增長了32.20%，各處理間差異較為明顯。與之相反，‘LBR1731’的根部含硼量隨著供硼水平的增加而逐漸減少，在A2處理下達到最低值，但在A4處理下雖有所回升，仍低于對照組，且各處理間差異不顯著。對于番茄莖部，兩個品種的莖含硼量均隨供硼水平增加而增加。‘渝番713’在A4處理下的莖含硼量達到最大值，為對照組的1.44倍，各處理間差異不顯著；‘LBR1731’的莖含硼量在A2處理下達到最大值，為對照組的1.12倍，不同處理間差異不顯著。

葉片是番茄植株中含硼量最高的部位，其硼含量接近根部、莖部和果實硼含量的總和。‘渝番713’的葉片含硼量隨著供硼水平的增加而增加，在A4處理下達到最大值，較對照組增加了11.33%～45.55%，不同處理間存在明顯差異；‘LBR1731’的葉片含硼量在A4處理下達到最大值，為對照組的1.33倍，較對照組增加了7.63%～33.24%，不同處理間差異顯著。不同供硼處理下，兩個品種的番茄果實硼含量差異不顯著。‘渝番713’的果實硼含量隨供硼水平的增加呈上升趨勢，在A3處理下達到最大值，為對照組的1.30倍，增幅為19.49%～29.66%。‘LBR1731’的果實硼含量在A3處理下也達到最大值，為對照組的1.20倍，增幅為3.36%～20.17%。

2.3 不同供硼水平對果實番茄紅素含量的影響

如圖3所示，‘渝番713’的番茄紅素含量隨著供硼水平的增加而增加，在A3處理下達到最大值，是對照組的1.73倍。雖然在A4處理下略有下降，但仍高于對照組，且不同處理間差異顯著。‘LBR1731’的番茄紅素含量隨著供硼水平的增加呈現線性增長，在A4處理下達到最大值，各處理的番茄紅素含量相比對照組分別增加了6.43%～49.46%，是對照組的1.06～1.50倍。上述結果表明，硼含量對番茄紅素含量有顯著影響，能夠有效提升番茄的品質。

2.4 硼誘導下bZIP家族轉錄因子轉錄組研究分析

通過檢測果實中bZIP家族基因的表達量，篩選出60個差異表達的基因（圖4a）。在兩種番茄果實中，大部分基因的表達呈上調趨勢。尤其是bZIP7、bZIP49和bZIP4等基因在未處理的條件下表達量較高，而bZIP49在施硼處理后表達量顯著下降。對施硼處理前后55個bZIP家族基因（去除表達量為0的基因）在‘LBR1731’與‘渝番713’中的相關性進行分析（圖4b），發現bZIP49與bZIP36、bZIP1、bZIP7等10個基因具有高度相關性。同時，bZIP家族基因的GO和KEGG富集分析顯示，這些基因主要與蔗糖反應、茉莉酸反應以及植物激素信號轉導等生物過程密切相關（圖4c、4d）。

2.5 不同硼水平下番茄果實bZIP36基因表達量分析

由圖5所示，兩個品種番茄果實中bZIP36基因的相對表達量均隨著供硼水平增加而增加，分別在A3處理（2 mg/L）和A4處理（4 mg/L）下達到最大，分別為對照的1.45倍和1.29倍，說明硼在一定范圍內可以增加番茄果實中bZIP36基因的相對表達量。各處理間表達量差異顯著。

2.6 bZIPs基因表達量與番茄果實硼含量的相關性分析

為了研究bZIP相關轉錄因子的表達量與番茄果實中硼含量的相關性，進行了Pearson相關性分析。由表4可知，番茄果實中硼含量與bZIP36呈顯著正相關（r=0.660，p＜0.05），說明bZIP36與番茄果實硼含量高度相關。

2.7 bZIP36基因表達量與番茄果實番茄紅素含量的相關性分析

由表5可知，bZIP36與bZIP49呈現負相關，bZIP36與番茄紅素含量呈現顯著正相關（r=0.930，p＜0.05）。根據此結果可以推測，供硼水平增加促進了bZIP36的表達，而bZIP36的表達進一步促進了番茄紅素的合成。

2.8 SlbZIP36沉默分析

圖6所示為不同硼處理下VIGS產生的效果，在硼處理下，果實顏色有變深趨勢，且可以明顯看出沉默SlbZIP36基因對番茄果實顏色變化有明顯的抑制作用。由圖7所示，隨著供硼水平的增加，A2和A3處理下普通果實內bZIP36表達量逐漸增加，分別為對照組的1.34倍和1.55倍，說明硼元素可以促進bZIP36基因的表達。但3種處理下注射了pTRV2-bZIP36病毒載體的果實內bZIP36表達量變化卻相反，隨著施硼量增加，病毒果實內bZIP36表達量呈降低趨勢，CK處理下表達最高為0.31，整體沉默效率在70%以上。由圖8所示，與CK相比較，A3處理下番茄紅素含量增加，比對照增加了17.1 μg/g。同時注射了pTRV2-bZIP36的病毒果實與對照組相比，其番茄紅素含量遠低于對照組，說明沉默bZIP36會導致番茄果實番茄紅素含量下降，成熟延遲。

由圖9所示，與CK相比較，PSY相對表達量隨著施硼含量增加而呈現上調表達趨勢。PDS相對表達量和PSY變化趨勢一致，在A3處理下達到最大值1.12。ZDS相對表達量隨著施硼含量的增加，表達量下降到0.93，隨后表達量上調，上調后表達量為對照組的1.26倍。Z-ISO相對表達量在不同施硼處理下略微上調隨后下調與CK一致，變化幅度很小整體幾乎沒有變化。LCYB（番茄紅素β-環化酶基因）相對表達量隨供硼水平增加上調表達，最大表達量為1.26。當以普通果實CK為對照，3個處理下注射了病毒載體果實內PSY相對表達量呈現下調表達，為對照組的0.61～0.77倍。PDS相對表達量隨供硼量增加而上調表達，但在CK處理下病毒果實內PDS表達量低于對照組，說明沉默bZIP36會下調PSY和PDS的表達。ZDS相對表達量在A2處理下低于對照組，在其余兩個處理上均上調表達。Z-ISO相對表達量隨供硼水平增加呈現下調趨勢，但總體高于對照組，在CK處理下果實內的表達量最高。LCYB相對表達量為CK處理下的1.69倍，在之后的處理下表達量下調。說明沉默bZIP36導致了番茄紅素合成基因PSY的下調表達以及LCYB的上調表達。

如表6所示，SlbZIP36與PSY呈極顯著相關（r=0.984，p＜0.01），PSY（八氫番茄紅素合酶）是類胡蘿卜素生物合成途徑上的第一個合成酶，說明bZIP36的表達會促進PSY的上調表達，促進番茄紅素的合成。SlbZIP36與PDS呈正相關（r=0.272），但是與ZDS、Z-ISO、LCYB呈負相關（r=-0.121、r=-0.416、r=-0.399）。LCYB可以催化番茄紅素轉化合成β-胡蘿卜素，SlbZIP36表達量越高，LCYB表達越低，轉化為胡蘿卜素的番茄紅素越少，番茄紅素含量越高。

3 討論與結論

3.1 討論

硼是植物生長發育所必需的微量元素，適量的硼能夠提高植物的產量和質量。番茄的果實質量和產量是衡量外界調控因子對植株生長影響的重要指標之一^［30］。本試驗通過外源施加不同質量濃度的硼，發現‘渝番713’和‘LBR1731’兩個品種的番茄果實質量隨著供硼水平增加呈現上升趨勢，但在A4處理下，兩品種的果實質量均有所下降。表明當供硼水平為2 mg/L時，番茄生長條件達到最優，而高質量濃度硼（A4處理）可能抑制果實的生長。因此，在適宜的硼質量濃度范圍內，果實生長與硼質量濃度呈顯著正相關。這與李梅蘭等^［31］的研究結果一致，他們發現，在一定質量濃度范圍內，施用硼肥顯著提高了番茄果實質量；同時，盧一銘等^［23］的研究也證實了不同質量濃度的葉面施硼肥對番茄單果質量的正向影響，進一步驗證了本試驗的結果。在番茄植株的莖葉總質量和地下部質量方面，變化趨勢與果實質量類似，都在2 mg/L供硼水平下達到最大值，表明這一質量濃度范圍最有利于番茄植株的生長。徐龍水^［32］的研究也發現，番茄在不同硼質量濃度條件下的生長發育受到不同程度的影響，進一步支持了本試驗的結果。

近年來，基因轉錄組測序技術的快速發展為植物基因轉錄組研究提供了更加先進的平臺。李金昊等^［33］通過分析番茄SULTR基因家族的轉錄譜，發現其啟動子區域包含多種參與植物激素及逆境脅迫響應的順式作用元件。同時，脫落酸、乙烯、茉莉酸甲酯和水楊酸處理能夠迅速誘導多個SlySULTR基因的表達，表明這些基因可能參與激素信號傳導過程。畢晨曦等^［34］通過對鹽脅迫下小麥bHLH轉錄因子家族進行鑒定，利用差異表達基因的GO富集分析發現，這些基因在分子功能、生物過程和細胞組成等方面表現出顯著差異。王春妹等^［35］通過干旱脅迫下藜麥種子的糖代謝轉錄組研究，發現了54 000多個差異表達基因，并通過KEGG富集分析發現，糖代謝過程主要富集在淀粉和蔗糖代謝、半乳糖代謝、果糖和甘露糖代謝等3個通路中。該發現為進一步研究干旱脅迫下藜麥種子糖代謝的分子調控機制提供了重要參考。上述轉錄組分析為研究樣本提供了更深入的見解。因此，本研究設置了不同的硼質量濃度處理，以探討不同硼水平下的差異表達基因、富集變化與相關性等。通過對兩個番茄品種‘LBR1731’和‘渝番713’在不同施硼處理下的轉錄組數據進行分析，發現兩個品種番茄的上調基因和下調基因趨勢相同，但‘LBR1731’和‘渝番713’的上調基因數量低于下調基因數量。雖然兩個品種的差異表達基因數量相近，但在某些情況下，兩個品種之間的差異較大，這表明硼對番茄的影響可能與品種有關。對差異基因進行基因本體功能（GO）富集注釋后，發現兩個品種番茄共同的差異基因主要富集在細胞代謝過程中。進一步分析硼處理后兩個品種間功能基因的差異，發現其差異主要集中在木葡聚糖代謝和細胞壁生物合成等過程，表明細胞在硼處理過程中作為信息傳遞者起著重要作用。此外，KEGG分析顯示，氨基酸和生物激素代謝通路富集了較多的差異基因，提示硼處理可能影響番茄的抗病性、氨基酸合成及生長，進而可能對番茄的抗病性和口感品質產生一定影響。

在植物中，bZIP轉錄因子（TF）是最大且最具多樣性的轉錄因子家族之一。研究表明，bZIP TF家族在不同生物體中的數量各不相同^［16］。通過基因敲除或過表達等方法，廣泛的研究表明，bZIP TF家族的成員參與植物許多器官和組織的分化、胚胎發生、種子成熟、花的開放與生長以及維管發育^［36］。此外，bZIP TF家族還被證明是信號通路中的關鍵成分，參與植物對非生物和生物脅迫（如滲透、缺氧、干旱、高鹽度、低溫脅迫及病原體感染）的反應^［37-40］。目前，番茄中的bZIP TF SlAREB1（脫落酸反應元件結合蛋白1）已得到廣泛研究，發現它在果實成熟過程中對環境脅迫和代謝調控的響應中發揮著重要作用，并作為ABA信號轉導與生物脅迫反應的連接點^［40］。Pan等^［41］的研究表明，干旱處理導致SlbZIP38表達量下調，且過表達SlbZIP38的轉基因番茄植株比野生型抗旱性更差。

番茄紅素合成相關代謝基因與番茄紅素的合成密切相關，八氫番茄紅素的合成是限速步驟，決定了類胡蘿卜素生物合成的通量。因此，PSY是該途徑的關鍵調節酶^［42］。番茄紅素β-環化酶通過環化線性分子番茄紅素的兩端，生成β-胡蘿卜素，而LCYB通過一端與另一端的ε-環化酶環化，產生α-胡蘿卜素。馬超等^［43］利用RNAi技術調控番茄中的LCYB基因，結果表明，LCYB基因的表達被抑制，轉基因番茄果實中番茄紅素含量顯著增加。楊亮等^［44］通過CRISPR/Cas9技術定向編輯滯綠基因SlSGR1，發現SlSGR1表達量顯著降低，PSY1表達量顯著提高，從而有效提升番茄果實中番茄紅素、β-胡蘿卜素等類胡蘿卜素的含量。表明相關番茄紅素關鍵合成酶基因的表達量變化與番茄紅素含量密切相關。本研究通過病毒誘導基因沉默技術，在不同硼處理下發現，SlbZIP36的表達量隨著供硼水平的增加而上調。同時，番茄果實內的番茄紅素含量與SlbZIP36呈極顯著正相關。注射pTRV2-bZIP36病毒載體的果實表現出明顯的成熟延緩，同時期的普通果實已經轉色至紅色成熟期時，病毒果實仍保持在綠熟期。基因定量結果表明，沉默SlbZIP36后，果實內PSY的表達量降低，LCYB等基因的表達量增加。進一步分析發現，SlbZIP36與PSY呈極顯著正相關，而與LCYB的表達量呈負相關。表明SlbZIP36參與番茄紅素的合成過程，能夠通過提高PSY的表達，起到正向促進作用。

3.2 結論

隨著供硼質量濃度的增加，番茄的生物量呈上升趨勢，果實質量在A3處理下達到最大值，且番茄紅素含量也隨之增加。同時，隨著施硼水平的提高，番茄紅素合成關鍵基因（包括PSY、PDS、ZDS等）的表達量也在增加。SlbZIP36與番茄紅素含量之間呈極顯著正相關，同時與果實硼含量也呈顯著正相關。對bZIP家族基因的GO和KEGG分析結果顯示，該基因家族在蔗糖反應、茉莉酸反應以及植物激素信號轉導等方面具有重要影響。沉默SlbZIP36顯著抑制了PSY等基因的表達，從而導致番茄紅素合成降低。相關性分析進一步發現，SlbZIP36與番茄紅素含量呈顯著正相關。

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責任編輯 崔玉潔

包穎