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The Plant Cell：上海交通大学马超团队发现葡萄miPEP171b-miR171b模块解除低温“转录刹车”SCL15/HDA19的分子机制
发布时间：
2026-08-23
来源：
Postharvest
2026年8月，上海交通大学马超团队在植物学顶刊The Plant Cell发表题为“The miPEP171b-miR171b-SCL15/HDA19 module regulates histone deacetylation to confer cold tolerance in grapevine”的研究论文（马超教授为通讯作者）。
研究通过低分子蛋白富集和label-free定量蛋白质组，鉴定到低温诱导的17个氨基酸小肽miPEP171b。miPEP171b促进其对应的miR171b积累；miR171b抑制VvSCL15，进而削弱VvSCL15-VvHDA19复合物对低温响应基因的组蛋白去乙酰化抑制，最终增强葡萄抗寒性。
01 研究背景
低温是限制葡萄栽培区域和产量的重要环境因素。植物通过低温感知、转录调控和代谢重编程形成抗寒反应，其中miRNA是重要的转录后调控因子。
植物初级miRNA转录本通常被视为非编码RNA前体，但部分pri-miRNA中的小开放阅读框可以编码miRNA-encoded peptide（miPEP）。已有研究表明，miPEP常可促进其对应pri-miRNA和成熟miRNA积累。不过，内源miPEP通常含量低、序列短，可靠鉴定和功能解析仍然困难，其在作物低温适应中的作用也了解较少。
miR171主要靶向SCARECROW-LIKE（SCL）家族。拟南芥研究已经发现，SCL15可与组蛋白去乙酰化酶HDA19形成转录抑制复合物。由此带来一个问题：葡萄低温响应中是否存在miPEP-miR171调控模块，又是否通过SCL-HDA19介导的组蛋白乙酰化变化控制低温响应基因？
02 研究结果
Label-free定量蛋白质组鉴定到低温诱导的miPEP171b。作者将葡萄组培苗在4 ℃下处理4 h，经10 kDa分子量截留、酶切和LC-MS/MS分析，共鉴定到197个潜在miPEP，其中70个上调、19个下调。miPEP171b位于pre-miR171b上游313 bp处，编码17个氨基酸，质谱检测到KGPGGK和AGHLIER两个片段。ORF-GUS、无起始密码子的GFPmut报告体系和特异性抗体检测进一步支持miPEP171b能够在植物中翻译，并在低温处理4-8 h明显积累。
miPEP171b促进miR171b积累并增强葡萄抗寒性。外源施加miPEP171b后，pri-miR171b、pre-miR171b和成熟miR171b呈剂量依赖性增加，靶基因VvSCL15则逐渐降低。0.5 μM miPEP171b处理可减轻低温造成的叶片萎蔫和坏死，并降低相对电导率和MDA含量。瞬时敲低或CRISPR/Cas9敲除miPEP171b会降低miR171b、提高VvSCL15表达并加重低温伤害；过表达则产生相反结果。
miPEP171b主要依赖miR171b发挥抗寒作用。在miR171b敲除愈伤组织中，外源miPEP171b已不能明显改善低温耐受，多数低温响应基因也不再被有效诱导。进一步沉默或敲除miR171b可提高VvSCL15和VvSCL27表达并降低抗寒性，过表达miR171b则增强抗寒性，说明miPEP171b主要通过放大miR171b通路发挥作用。
VvSCL15和VvHDA19共同抑制葡萄低温耐受。低温处理后VvSCL15持续下调。沉默VvSCL15可提高葡萄抗寒性，过表达则加重低温伤害。VvHDA19同样定位于细胞核，低温早期表达下降；沉默VvHDA19增强抗寒性，过表达则降低抗寒性。酵母双杂交、LCI、pull-down和Co-IP均表明VvSCL15与VvHDA19能够形成蛋白复合物。
VvSCL15-VvHDA19复合物降低低温响应基因的H3K9ac和表达。在VvSCL15过表达愈伤组织中，总体H3乙酰化水平下降，组蛋白去乙酰化酶抑制剂TSA可恢复该变化。H3K9ac CUT&Tag鉴定到4348个降低峰，主要位于启动子区域；与RNA-seq结果交叉后，获得64个“低温诱导、受VvSCL15抑制且H3K9ac下降”的候选基因。ChIP-qPCR显示VvSCL15可富集于VvBAM3、VvCOR27、VvCAM-1、VvCML46、VvMYB4和VvLOX3.1启动子；VvSCL15与VvHDA19共同表达时，对这些启动子的抑制明显强于二者单独表达。
不过，研究尚未直接检测VvHDA19在这些靶启动子上的占位。因此，“VvSCL15招募VvHDA19”的模型主要由蛋白互作、VvSCL15启动子占位、H3K9ac变化和二者协同抑制共同支持，仍有进一步闭环空间。
03 研究结论
低温诱导pri-miR171b表达，使miPEP171b和miR171b同时积累。miPEP171b进一步放大miR171b信号；miR171b抑制VvSCL15，从而削弱VvSCL15-VvHDA19复合物对低温响应基因的组蛋白去乙酰化抑制，使H3K9ac和基因表达得以恢复，最终增强葡萄抗寒性。
建立了miPEP171b-miR171b-SCL15/HDA19调控通路，将miRNA编码小肽、miRNA转录后调控与组蛋白乙酰化连接起来，揭示了葡萄通过“信号放大-解除抑制”启动低温防御的新机制。
Comments
用定量蛋白质组学从葡萄鉴定到一个关键小肽，显示该技术在采后领域的应用潜力。
同一pri-miRNA位点同时产生“放大器”和“效应器”：miPEP171b放大miR171b，miR171b再解除SCL15-HDA19介导的表观遗传“刹车”。
图：
图1. 低温诱导miPEP171b，miPEP171b促进miR171b积累并增强葡萄抗寒性。
图2. miPEP171b-miR171b-SCL15/HDA19模块调控葡萄低温响应的模型。
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