2025年5月7日，上海交通大学农业与生物学院武国章课题组在国际知名植物学期刊Plant Communications（IF: 9.4）上发表了题为“Chloroplast ATP-dependent metalloprotease FtsH5/VAR1 confers cold stress tolerance through singlet oxygen and salicylic acid signaling”的研究论文，揭示了叶绿体FtsH5/VAR1蛋白酶通过调控低温下叶绿体的生物发生，维持单线态氧和水杨酸稳态，从而影响植物低温耐受性的机制，并发现单线态氧信号途径EX2蛋白在该过程中的关键作用，为深入理解植物低温耐受的分子机制和耐低温作物分子育种提供了重要依据。

温度是影响植物生长和地理分布的重要环境因子之一，低温胁迫会导致植物光合作用效率下降、生长迟缓，严重时会造成细胞和植株死亡。叶绿体是植物进行光合作用和多种代谢活动的细胞器，同时也是植物细胞内活性氧（ROS）产生和防御激素水杨酸（SA）合成的重要场所，在植物应对环境胁迫中发挥重要作用。然而，植物如何整合ROS和SA信号以适应胁迫目前仍有许多未知。

此研究聚焦叶绿体中类囊体膜定位的FtsH5/VAR1蛋白酶，通过对var1突变体的观察发现，在低温胁迫下，该突变体表现出强烈的褪绿、花叶和生长迟缓的表型。进一步研究揭示，SA生物合成和信号传导的激活与var1突变体的低温敏感表型紧密相关。通过敲除SA生物合成相关基因（ICS1、EDS1、PAD4）或过表达水杨酸羟化酶基因（NahG）降低SA的积累量可很大程度抑制var1突变体的低温敏感表型。同时，研究证实单线态氧（^₁O₂）感应器蛋白EXECUTOR1（EX1）介导的^₁O₂信号在低温胁迫下作用于EDS1上游，调控SA响应基因的表达。

值得关注的是，此研究发现EX2蛋白可能通过独立于EX1介导的^₁O₂信号途径发挥关键功能。EX2的突变能够显著抑制var1突变体的低温敏感表型，其在激活SA响应基因和抑制光合作用相关核基因（PhANGs）表达方面发挥重要作用，从而参与VAR1介导的植物低温耐受性调控。

该研究阐释了VAR1在植物耐低温性中的重要作用，以及^₁O₂和SA信号之间的紧密联系与互作，从而维持SA稳态对植物低温耐受性的重要性，同时揭示了EX2此前未被关注和深入研究的功能。这些结果为深入理解植物的抗寒机制以及叶绿体在植物耐寒性中的作用提供了新线索，并为未来通过基因工程手段改良作物耐寒性、提高作物在低温环境下的产量奠定了基础。

上海交通大学农业与生物学院博士研究生王寅松为该论文第一作者，武国章副教授为通讯作者。武国章课题组主要聚焦叶绿体蛋白运输调控和温度胁迫方面的研究，该研究获得国家自然科学基金、上海市现代种业协同创新中心和德国马普伙伴研究组等项目资助。

原文链接：https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(25)00115-4