西瓜（Citrullus lanatus），属葫芦科西瓜属，是世界范围内栽培的重要园艺作物。西瓜喜温耐热，对低温极为敏感，低温胁迫抑制其生长发育，导致产量和品质下降。褪黑素可通过钙信号诱导西瓜耐冷性，然而，褪黑素激活钙信号的分子机制仍知之甚少。
近日，西北农林科技大学园艺学院张显/李好教授团队在Plant Physiology在线发表了题为“Cyclic nucleotide-gated ion channel 20 regulates melatonin-induced calcium signaling and cold tolerance in watermelon”的研究论文，揭示了钙通道CNGC20与CaM7互作共同介导了褪黑素调控的西瓜耐冷性。
该研究发现，过表达褪黑素合成关键基因咖啡酸O-甲基转移酶（COMT1）增强了西瓜的耐冷性，同时诱导了胞质游离钙离子（[Ca2+]cyt）积累和Ca2+内流，进一步研究发现了一个参与褪黑素诱导Ca2+内流的钙通道蛋白CNGC20，该蛋白定位在细胞膜上。沉默CNGC20可显著减弱COMT1过表达诱导的[Ca2+]cyt积累和西瓜耐冷性。此外，通过膜体系酵母双杂交、双分子荧光互补、荧光素酶互补和Pull-down实验，证实了CNGC20与钙调素7（CaM7）互作。进一步分析发现沉默CaM7可显著促进[Ca2+]cyt积累、提高耐冷性，而过表达CaM7抑制了褪黑素诱导的[Ca2+]cyt积累和西瓜耐冷性，表明CaM7在褪黑素介导的低温响应中起着负调控作用。
综上所述，本研究阐明了CNGC20（一种Ca2+渗透通道基因）在介导褪黑素诱导的Ca2+内流、[Ca2+]cyt积累以及增强西瓜耐冷性方面的关键作用，揭示了CaM7与CNGC20互作抑制钙通道活性，负调控褪黑素诱导的钙信号和耐冷性。这些发现为阐明褪黑素通过Ca2+信号增强植物耐冷性的分子机制提供了见解，对培育和改良葫芦科耐冷品种具有重要意义。
西北农林科技大学园艺学院李好教授为论文通讯作者，已毕业博士生常静静（现在广东省农科院蔬菜研究所工作，助理研究员）、已毕业博士生郭延亮（现在淮北师范大学生命科学学院工作，讲师）、在读博士生李佳悦、硕士生刘灵灵为论文共同第一作者。课题组张显教授、袁黎教授等提供了重要帮助和支持，河南科技大学Golam Jalal Ahammed副教授、东北农业大学栾非时教授和中关村NMT产业联盟刘蕴琦秘书长对本研究给予了指导。该项研究得到了国家重点研发计划、国家现代农业产业技术体系、国家自然科学基金、西安市科技计划项目等多项基金资助。
论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae630
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