核桃（Juglans regia） ，属于胡桃科胡桃属，是一种全球广泛栽培的重要经济林树种，因其富含蛋白质和脂肪的核仁而具有显著的经济价值。尽管核桃的基因组测序和基因注释工作已经完成，但缺乏稳定且高效的遗传转化体系，加之内源细胞器标记蛋白的可用性有限，这些因素限制了对核桃基础生物学的深入研究。亚细胞定位是解析蛋白功能的关键步骤，而目前对核桃蛋白亚细胞定位的研究主要依赖于洋葱、拟南芥或烟草的异源表达系统。由于异源系统中蛋白序列和转运调控因子的不保守性，可能导致亚细胞定位的误判，进而影响对蛋白质功能的理解，这限制了核桃的定向育种。
近日，浙江农林大学沈锦波教授团队在植物科学领域国际权威期刊Plant Physiology（中科院一区Top，IF-5yr=7.6）在线发表了题为“Protoplast transient transformation facilitates subcellular localization and functional analysis of walnut proteins”的研究论文。该研究通过优化转化条件，成功建立了PEG介导的核桃原生质体高效瞬时转化体系，并构建了一套内源型细胞器荧光标记蛋白系统。研究深入分析了核桃油体蛋白Oleosin家族成员的亚细胞定位及其互作网络，揭示了外源胁迫信号调控油体形成的细胞分子机制，为理解核桃逆境胁迫响应和生长发育的细胞信号转导途径提供了重要支持。
已有研究指出脱落酸（ABA）参与脂质合成的调控，但其对脂质储存细胞器油体形态的调控尚未明确。本研究利用核桃原生质体瞬时转化体系，通过油体蛋白Oleosin观察油体形态的变化，并结合RT-qPCR技术，验证了ABA信号通路在脂质生物合成中的调控作用。研究发现，10 µM ABA处理核桃体胚原生质体4小时后，JrABI3的表达量增加，激活JrWRI1转录因子，导致Oleosin基因表达量显著上调。通过Oleosin-GFP观察显示，ABA处理后油体数量减少而面积增加。进一步研究发现，过表达JrWRI1-GFP后，脂质合成相关基因如BCCP2, SUS2, FAD3, FATA和KAS的表达量显著增强。
综上所述，该研究成功构建了首个核桃原生质体瞬时转化体系，为核桃细胞内蛋白质的亚细胞定位、蛋白质相互作用和信号传导机制的研究提供了新的研究平台，为林木细胞生物学和生理学研究开辟了新的思路。
浙江农林大学为该论文的第一单位，高燕丽讲师为第一作者，硕士生汤天羽、曹文瀚副教授、Muhammad Ali副教授为共同第一作者，沈锦波教授为唯一通讯作者。硕士生周琪榕、博士生朱冬梅以及博士生马小惠为共同作者。四川农业大学蔡易教授、浙江农林大学张启香教授、王正加教授、黄坚钦教授，以及中国林业科学院裴东教授均对本文给予了指导。该论文得到了国家重点研发项目、浙江省自然科学基金项目等多项基金资助。
沈锦波教授于2013香港中文大学获得博士学位，并继续博士后研究工作。2018年进入浙江农林大学，入选国家青年人才、浙江省海外高层次人才、浙江省杰青项目等人才计划。综合细胞生物学、分子生物学、遗传学、蛋白质组学等技术方法，在模式植物、农林作物中重点研究植物囊泡运输过程在植物生长发育、逆境响应和果实成熟中的调控作用机理研究。在PNAS，Nature Communications， Molecular Plant，Plant Cell，Plant Physiology，Trends in Plant Science等期刊发表一系列高水平论文。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiae627
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