乙烯作为一种气态植物激素，在植物生长发育及非生物胁迫响应中发挥关键作用。前期研究表明，乙烯参与葡萄低温应答并正调控其抗寒性，但其在低温下快速合成的调控机制尚不清晰。因此，深入解析乙烯在低温条件下的合成调控网络，将为利用乙烯信号通路改良葡萄抗寒性提供重要线索和依据。
中国科学院武汉植物园园艺作物逆境生物学研究团队聚焦此科学问题，以葡萄（Vitis vinifera）为研究对象，系统揭示了ACC合成酶（ACS，乙烯合成限速酶）在低温应答中的调控模式。研究首先通过全基因组鉴定获得9个VvACS家族成员，并结合低温处理下葡萄根系的转录组数据，筛选出响应低温的候选基因VvACS2、VvACS4和VvACS6。利用CRISPR-Cas9基因编辑与过表达技术证实，VvACS2是低温诱导葡萄根系乙烯合成的主要功能基因，其缺失显著抑制低温下ACC积累和乙烯的生物生成，而VvACS4和VvACS6的贡献则不明显。
为解析VvACS2的上游调控机制，研究人员整合转录组数据、共表达网络分析和顺式作用元件预测，筛选出6个候选上游转录因子。通过酵母单杂交、双荧光素酶报告系统和电泳迁移率实验，发现VvERF70与VvbHLH30能够直接结合VvACS2启动子并激活其表达。过表达VvERF70或VvbHLH30可显著上调VvACS2表达，促进ACC和乙烯积累，并增强根系抗寒性；而相应敲除突变体则丧失低温诱导乙烯合成的能力，抗寒性明显下降。
进一步的分子互作实验证实，VvbHLH30与VvERF70可形成异源二聚体，协同增强对VvACS2启动子的转录激活。此外，VvbHLH30还能直接结合VvERF70启动子并激活其表达，提示VvbHLH30位于调控层级上游，通过转录调控VvERF70，协同驱动VvACS2介导的乙烯合成。
综上，该研究提出了一个完整的VvbHLH30-VvERF70-VvACS2层级调控模块，系统揭示了葡萄低温应答过程中乙烯合成的转录调控网络。该发现不仅填补了葡萄冷胁迫下乙烯合成调控机制的空白，也为精准提升葡萄及其他作物抗寒性提供了新思路和分子靶点。
本研究由中国科学院武汉植物联合澳大利亚阿德莱德大学食品与葡萄酒学院、云南省农业科学院园艺作物研究所、宁夏农林科学院园艺研究所、中国科学院植物研究所、中南民族大学生命科学学院等单位共同完成。研究成果以“A Hierarchical VvbHLH30-VvERF70-VvACS2 Module Orchestrates Ethylene Biosynthesis and Cold Adaptation in Grapevine”为题发表于植物学期刊Plant Biotechnology Journal。中国科学院武汉植物园侯雨君博士为第一作者，辛海平研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（32272691）、云南省重点研发计划（202403AP140029）等项目的资助。
