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【Horticulture Research. (Q1/9.5)】西北农林科技大学管清美/文颖强团队揭示VpCDPK13磷酸化VpCAMTA3增强葡萄耐寒性的分子机制
发布时间：
2026-07-31
来源：
植物科研进展
低温是限制全球农业生产的关键非生物胁迫之一，葡萄作为重要的多年生经济果树，其生长发育和产量品质极易受到低温冻害的影响，解析葡萄响应低温胁迫的分子机制是培育抗寒优良品种的核心前提。
2026年7月24日，《Horticulture Research》在线发表了西北农林科技大学管清美教授、文颖强教授团队题为“Phosphorylation of VpCAMTA3 by VpCDPK13 enhances cold tolerance in grapevine”的研究论文。该研究系统解析了钙依赖蛋白激酶VpCDPK13与转录因子VpCAMTA3组成的调控模块在葡萄耐寒性中的功能与作用机制。研究发现VpCDPK13可直接互作并磷酸化VpCAMTA3的Thr588、Ser834、Ser1049三个位点，通过增强VpCAMTA3的转录调控活性，维持低温下葡萄的光合系统稳定性、细胞膜完整性和ROS稳态，最终提升葡萄的耐寒能力。该研究不仅揭示了葡萄低温信号转导的全新调控通路，更为葡萄抗寒分子设计育种提供了重要的靶点和理论依据。
▎1. VpCDPK13是冷诱导的葡萄耐寒正调控因子
VpCDPK13的表达受低温快速诱导，在叶片中冷处理1-4h即可达到表达峰值，且冷胁迫下VpCDPK13会显著向细胞核富集，符合其作为早期低温信号转导因子的特征。功能验证显示，过表达VpCDPK13的葡萄株系在低温胁迫下叶片萎蔫程度更轻，电解质渗漏、丙二醛（MDA）含量显著低于野生型，光系统II最大量子效率（Fv/Fm）更高，ROS积累更少，过氧化物酶（POD）活性显著提升；而通过VIGS技术沉默VpCDPK13后，葡萄的耐寒性显著下降，膜损伤和ROS积累显著加重，证实VpCDPK13是葡萄耐寒的正调控因子。
图1 过表达VpCDPK13增强葡萄耐寒性
图2 沉默VpCDPK13降低葡萄耐寒性
▎2. VpCDPK13与耐寒正调控因子VpCAMTA3直接互作
通过酵母双杂交筛选，研究人员鉴定到转录因子VpCAMTA3是VpCDPK13的互作蛋白，后续通过Split-LUC、Co-IP、BiFC实验在体内外均证实了二者的物理互作，且互作发生在细胞核中。进一步功能验证发现，VpCAMTA3同样受低温诱导表达，定位于细胞核，沉默VpCAMTA3会导致葡萄低温下电解质渗漏升高、MDA积累增加、Fv/Fm下降、ROS清除能力减弱，耐寒性显著降低，证明VpCAMTA3同样是葡萄耐寒的正调控因子。
图3 VpCDPK13与VpCAMTA3的互作验证
图4 沉默VpCAMTA3降低葡萄耐寒性
▎3. VpCDPK13可在体内外磷酸化VpCAMTA3的3个关键位点
体外激酶实验结合LC-MS/MS分析发现，VpCDPK13可靶向磷酸化VpCAMTA3 C端的Thr588、Ser834、Ser1049三个位点，单个位点突变为丙氨酸都会显著降低磷酸化水平，三位点同时突变则几乎完全消除VpCDPK13对VpCAMTA3的磷酸化效应。体内磷酸化实验进一步证实，VpCDPK13可在植物体内磷酸化VpCAMTA3，且低温胁迫会显著增强这一磷酸化过程，说明该修饰是葡萄响应低温信号的重要分子事件。
图5 VpCDPK13在体内外磷酸化VpCAMTA3
▎4. VpCAMTA3的磷酸化修饰是其发挥耐寒功能的关键
为验证磷酸化修饰的生物学功能，研究分别构建了VpCAMTA3的磷酸化缺失突变体（T588A/S834A/S1049A）和磷酸化模拟突变体（T588D/S834D/S1049D），瞬时转化葡萄叶片后发现：磷酸化模拟株系的耐寒性显著强于野生型VpCAMTA3过表达株系，低温下Fv/Fm更高、膜损伤更轻、ROS积累更少、POD活性更高；而磷酸化缺失株系的耐寒性则显著低于野生型过表达株系，证实VpCDPK13介导的磷酸化是VpCAMTA3发挥耐寒调控功能的必要条件。
图6 VpCAMTA3磷酸化增强葡萄耐寒性
本研究首次揭示了葡萄中VpCDPK13-VpCAMTA3磷酸化调控模块响应低温信号、增强耐寒性的分子机制，区别于拟南芥中MPK3/6磷酸化CAMTA3促进其降解的负调控模式，展现了不同物种中CAMTA3调控的物种特异性，丰富了植物低温信号转导的理论体系。
VpCDPK13、VpCAMTA3及其关键磷酸化位点可作为分子育种的精准靶点，用于定向改良葡萄的耐寒性，为培育耐低温葡萄新品种提供了重要的基因资源和理论支撑。未来可进一步解析该模块下游的靶基因调控网络，以及其是否参与干旱、高盐等其他非生物胁迫的调控，为葡萄多抗性状改良提供更多理论依据。
---原文链接---：https://doi.org/10.1093/hr/uhag121
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