南京农业大学郭振飞团队在Plant Physiology揭示Ca²⁺信号耦联CBF通路调控苜蓿耐寒性的新机制
2026年7月，南京农业大学草业学院郭振飞教授与施海帆副教授团队在《Plant Physiology》在线发表了题为“Ca²⁺/MtCML39-MtMYB6 module regulates MtCBF1 expression and cold tolerance in Medicago truncatula”的研究论文。该研究在豆科模式植物蒺藜苜蓿中鉴定了一个介导Ca²⁺信号与CBF冷响应通路耦联的关键调控模块，为豆科作物抗寒遗传改良提供了新的分子靶点。
PlantTalk｜Graphical Abstract
研究背景
低温胁迫是限制作物产量与地理分布的主要环境因子。植物通过冷驯化获得抗冻性，其中CBF（C-repeat Binding Factor）依赖的信号通路在转录调控层面发挥核心作用。然而，冷诱导产生的胞质钙离子（Ca²⁺）信号如何向下游CBF通路传递，其分子衔接机制长期未被解析。
关键发现
1. MtMYB6是耐冷性的负调控因子
MtMYB6编码一个R2R3-MYB转录因子，定位于细胞核。冷处理（4 °C）可迅速下调其转录本及蛋白水平。遗传学分析表明：
表明MtMYB6负调控蒺藜苜蓿耐冷性。此外，MtMYB6还影响株高和分枝数，提示其在生长-防御权衡中发挥作用。
值得注意的是，MtMYB6本身具有转录激活活性，但在冷响应过程中却表现为MtCBF1的负调控因子，体现了MYB转录因子复杂的功能特性。
2. MtMYB6直接靶向抑制MtCBF1
通过Y1H、EMSA及ChIP-qPCR实验，研究团队证实MtMYB6直接结合MtCBF1启动子中的MYB顺式元件（TTGTTG），抑制其转录。MtCBF1是MtMYB6目前已知唯一直接作用的CBF成员——MtMYB6不结合MtCBF2/3/4启动子，但可间接影响MtCBF3/4及下游COR基因（MtLTI6A、MtLTI6B、MtCAS15、MtCOR413）的表达。
3. MtCML39以Ca²⁺依赖方式与MtMYB6互作
Y2H筛库鉴定到钙调素类似蛋白MtCML39（此前命名为MtCML42）与MtMYB6互作，经BiFC、Pull-down、Co-IP多方法验证。
MST实验显示，MtCML39能够高亲和力结合Ca²⁺（Kd = 0.031 μM）；Ca²⁺显著增强MtCML39与MtMYB6的结合（Kd从1.805 μM降至0.046 μM）。
4. Ca²⁺/MtCML39通过互作解除MtMYB6对MtCBF1的抑制
EMSA及双荧光素酶报告实验表明，MtCML39的存在削弱MtMYB6与MtCBF1启动子的结合，该效应依赖于Ca²⁺浓度。ChIP-qPCR进一步证实，冷处理下mtcml39突变体中MtMYB6在MtCBF1启动子P1区域的富集显著高于野生型。
遗传上位性分析显示，mtmyb6 mtcml39双突变体耐冷表型与mtmyb6单突变体一致，表明MtMYB6作用于MtCML39下游。EGTA螯合Ca²⁺后，不同基因型间的TEL50差异及CBF1/COR表达差异完全消除，证实该调控模块的Ca²⁺依赖性。
研究工作模型
基于上述证据，作者提出以下调控模型：
常温条件下，MtMYB6结合MtCBF1启动子并抑制其转录；冷胁迫触发胞质Ca²⁺升高，Ca²⁺结合MtCML39并促进其与MtMYB6互作，阻断MtMYB6对MtCBF1启动子的结合，解除转录抑制；MtCBF1转录被解除抑制后，进一步激活下游COR基因网络，增强植株抗冻性。
该模型将Ca²⁺信号感知（MtCML39） 与转录抑制解除（MtMYB6→MtCBF1） 直接耦联，构成了一个完整且精炼的信号转导节点。
研究意义
该研究鉴定了一个连接Ca²⁺信号与CBF冷响应通路的Ca²⁺/CML-MYB-CBF调控模块，为理解植物冷信号转导的早期事件提供了新的分子框架。不同于拟南芥中MYB15受MAPK磷酸化修饰调控的模式，本研究揭示了一种Ca²⁺依赖的蛋白质互作介导的转录去抑制机制，代表了CBF通路调控的一种新范式。
从应用角度，MtCML39和MtMYB6有望成为紫花苜蓿等豆科饲草抗寒分子设计育种和基因编辑改良的重要候选靶点。
Risheng Huang, Bohao Geng, Qiaoqi Li, Qiguo Sun, Haifeng Zhu, Yaling Liu, Haifan Shi, Zhenfei Guo, Ca2+/MtCML39–MtMYB6 module regulates MtCBF1 expression and cold tolerance in Medicago truncatula, Plant Physiology, 2026;, kiag472, https://doi.org/10.1093/plphys/kiag472
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