一种类似钙调蛋白的蛋白质（MsCML50）通过与MsTPP8相互作用来调节糖的积累和清除活性氧（ROS），从而赋予紫花苜蓿耐寒性

《Environmental and Experimental Botany》：A calmodulin-like protein (MsCML50) confers cold tolerance through interacting with MsTPP8 to moderate sugars accumulation and ROS scavenging in alfalfa

　　MsCML50通过激活MsTPP8促进糖分积累和抗氧化防御增强苜蓿低温耐受性，外源应用trehalose可逆转RNAi线的缺陷。

　　### 冷胁迫响应中的植物钙调素样蛋白MsCML50的作用机制研究

在植物生长和发育过程中，钙离子（Ca2?）作为一种普遍的第二信使，发挥着重要的调控作用。当植物感知外界环境胁迫时，细胞内的Ca2?浓度会短暂升高，这种变化通过钙结合蛋白（CBPs）或钙传感器（Ca2? sensors）进行解码，从而激活下游靶标蛋白，调控植物的生理反应。其中，钙调素样蛋白（CMLs）在植物对生物和非生物胁迫的响应中具有关键作用，它们通过与Ca2?结合，介导信号传递并调节多种生理过程，如生长发育、抗逆性等。

在本研究中，我们关注了CML家族中一个尚未被充分研究的成员——MsCML50。MsCML50是苜蓿（*Medicago sativa*）中的一种CML蛋白，其在低温胁迫下的表达显著上调，暗示其可能在调控苜蓿冷耐受性方面具有重要作用。为了深入探讨MsCML50的功能，我们构建了过表达（OE）和RNAi抑制的转基因植株，并通过一系列生理和分子生物学实验评估其对冷胁迫的响应。

实验结果显示，与野生型（WT）相比，MsCML50过表达植株表现出更高的冷耐受性，而RNAi植株则显示出较低的冷耐受性。这一现象表明，MsCML50在冷胁迫调控中发挥着正向作用。此外，通过荧光标记技术和共免疫沉淀（Co-IP）等方法，我们证实MsCML50与另一种关键酶——MsTPP8之间存在直接相互作用。这一发现为理解MsCML50如何通过调控MsTPP8的活性进而影响植物的冷耐受性提供了重要线索。

MsTPP8是一种参与转化T6P为海藻糖的关键酶，其活性在低温条件下显著增强。在MsCML50过表达植株中，MsTPP8的表达水平也相应上升，而RNAi植株则表现出相反的趋势。这表明，MsCML50通过激活MsTPP8，促进海藻糖的合成，从而增强了植物的冷耐受性。进一步研究发现，海藻糖、蔗糖、海藻糖苷和脯氨酸等非结构性碳水化合物的积累在低温胁迫下对植物的冷耐受性具有显著影响。这些化合物不仅能够稳定细胞膜和蛋白质结构，还能作为抗氧化剂，帮助植物维持氧化应激下的ROS（活性氧）平衡。

在冷胁迫条件下，OE植株表现出更高的海藻糖、蔗糖和海藻糖苷浓度，以及更强的抗氧化酶活性（如超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT和抗坏血酸过氧化物酶APX），而RNAi植株则相反。这种差异不仅影响了植物的抗氧化能力，还进一步影响了ROS的积累水平。OE植株的ROS积累较低，而RNAi植株的ROS积累较高，这表明MsCML50在调控ROS平衡方面也起到了重要作用。此外，外源施加海藻糖能够显著恢复RNAi植株在冷胁迫下的冷耐受性、糖分积累和抗氧化能力，进一步支持了MsCML50通过调控MsTPP8促进海藻糖合成的假说。

通过构建MsCML50与MsTPP8的相互作用模型，我们提出了一种新的机制，即MsCML50作为钙信号传导的关键调控因子，通过与MsTPP8的相互作用，促进海藻糖的合成，进而增强植物的冷耐受性。这一机制不仅为理解植物如何响应低温胁迫提供了新的视角，也为通过基因工程手段提高作物冷耐受性提供了理论依据。研究还表明，海藻糖在植物冷胁迫响应中扮演着重要角色，它不仅能够促进糖分积累，还能通过激活抗氧化防御系统，减少ROS的积累，从而维持细胞的氧化还原平衡。

在实际应用方面，这一研究为农业生产提供了重要的启示。随着全球气候变化，极端低温事件日益频繁，提高作物的冷耐受性成为提升农业生产力的重要方向。通过调控MsCML50和MsTPP8的表达，可能可以有效增强作物在低温条件下的生存能力，从而减少冻害带来的经济损失。此外，本研究揭示的MsCML50-MsTPP8模块，为后续研究其他CML蛋白的功能提供了参考，有助于进一步探索植物对非生物胁迫的响应机制。

综上所述，本研究通过系统分析MsCML50的功能及其与MsTPP8的相互作用，揭示了其在调控苜蓿冷耐受性中的重要作用。这一发现不仅丰富了我们对CML蛋白家族功能的认识，也为植物抗逆育种提供了新的思路。未来的研究可以进一步探讨该模块在其他非生物胁迫中的作用，以及其在不同作物中的潜在应用价值。