蔬菜作物應(yīng)答非生物逆境脅迫的分子生物學(xué)研究進(jìn)展

郭仰東，張磊，李雙桃，曹蕓運(yùn)，齊傳東，王晉芳

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院/設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

2010年以來(lái)，中國(guó)蔬菜種植面積從1.9×107hm2增至2015年的2.2×107hm2，蔬菜生產(chǎn)總量穩(wěn)定增長(zhǎng)，2015年全國(guó)蔬菜生產(chǎn)總量約為78 526. 7萬(wàn)t，比2010年增長(zhǎng) 20.6%[1]。然而，在蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，常常遭受非生物逆境的脅迫，嚴(yán)重影響蔬菜作物的產(chǎn)量及品質(zhì)。

非生物逆境是對(duì)植物生長(zhǎng)不利的各種環(huán)境因素的總稱, 也稱為環(huán)境脅迫, 如干旱、鹽、極端溫度、重金屬等。當(dāng)蔬菜作物面臨非生物脅迫時(shí)，會(huì)啟動(dòng)一系列基因表達(dá)調(diào)控進(jìn)程，誘導(dǎo)相關(guān)基因/轉(zhuǎn)錄因子的激活表達(dá)，這些逆境響應(yīng)基因的表達(dá)進(jìn)一步誘發(fā)植物體做出各種生理反應(yīng)以抵抗和緩解逆境所致的影響。因此，研究蔬菜抗逆過(guò)程中的關(guān)鍵調(diào)控因子以及相應(yīng)的逆境響應(yīng)功能基因，成為蔬菜非生物逆境研究的熱點(diǎn)。在中科院與湯森路透聯(lián)合發(fā)布《2015研究前沿》中，植物抗逆性的研究占據(jù)了農(nóng)業(yè)、植物和動(dòng)物學(xué)領(lǐng)域研究的 8個(gè)熱點(diǎn)前沿，組成了“植物應(yīng)對(duì)生物和非生物脅迫的分子機(jī)制和調(diào)控”前沿群。本文就近年來(lái)國(guó)內(nèi)外蔬菜非生物逆境方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述及展望。

1　干旱脅迫

干旱脅迫影響植物的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖，是最不利于植株生長(zhǎng)的因素之一，也是研究最多的逆境因子之一[2]。干旱脅迫對(duì)植物形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能的影響十分廣泛。植物生物量、水分利用效率、光合作用、滲透調(diào)節(jié)能力、細(xì)胞膜穩(wěn)定性、抗氧化防御系統(tǒng)和激素水平等指標(biāo)常常被用來(lái)評(píng)價(jià)植物抗旱性的高低。經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程，植物形成了一系列信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制以抵御干旱脅迫，包括干旱脅迫信號(hào)的感知、第二信使的產(chǎn)生、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的形成[3]。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的結(jié)果是相關(guān)基因的表達(dá)和蛋白質(zhì)的合成，這可能會(huì)導(dǎo)致滲透系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)的變化，最終提高植株對(duì)干旱逆境的抵抗能力[4]。耐旱性是一系列的分子、細(xì)胞和生理過(guò)程綜合作用的結(jié)果，包括多種基因的誘導(dǎo)和抑制，各種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，抗氧化系統(tǒng)的提高，蒸騰作用減弱以及植株生長(zhǎng)抑制等。在這樣的背景下，闡明控制、感知與傳導(dǎo)逆境信號(hào)的分子機(jī)制非常重要[5]。研究者利用現(xiàn)代遺傳學(xué)和功能基因組學(xué)的方法，如轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)，深入研究了干旱脅迫響應(yīng)中的關(guān)鍵基因。這些關(guān)鍵基因編碼的蛋白質(zhì)包括轉(zhuǎn)錄因子、蛋白激酶和蛋白磷酸酶，以及具有代謝和調(diào)控功能的蛋白質(zhì)，如水通道蛋白（Aquaporin）、離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（ion transporter）、熱激蛋白（heat shock protein，HSP）和LEA蛋白（late embryogenesis abundant protein）。轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)調(diào)節(jié)下游響應(yīng)逆境的基因在調(diào)節(jié)多種非生物脅迫中起著關(guān)鍵作用。轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)與啟動(dòng)子特定區(qū)域相結(jié)合調(diào)控不同逆境相關(guān)基因的表達(dá)[6-7]。在特定的時(shí)間，這些調(diào)控基因表達(dá)的遺傳修飾可以極大地影響植物的抗逆性，因?yàn)槠溥M(jìn)一步調(diào)控許多下游應(yīng)激反應(yīng)基因[8-9]。

1.1　抗旱功能基因

水不僅是合成細(xì)胞中多種生命物質(zhì)的重要底物，同時(shí)參與調(diào)節(jié)植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)代謝和滲透平衡。無(wú)論是整個(gè)植物或是細(xì)胞水平，水分吸收和膜運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育是必需的。水通道蛋白介導(dǎo)植物中的水分跨膜運(yùn)輸，是調(diào)節(jié)水分吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵。近年來(lái)，它已成為植物逆境分子生物學(xué)的研究熱點(diǎn)。水的跨膜運(yùn)輸主要由水通道蛋白家族實(shí)現(xiàn)，植物對(duì)非生物脅迫的反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致植物的水分短缺，影響植物生長(zhǎng)發(fā)育。抵御逆境脅迫在很大程度上取決于其調(diào)控能力[10]。LI等[11]篩選了在番茄根中表達(dá)量較高的3個(gè)質(zhì)膜型內(nèi)在蛋白（plasma membrane intrinsic proteins）基因SlPIP2;1、SlPIP2;7、SlPIP2;5，并轉(zhuǎn)入擬南芥和番茄植株中，過(guò)表達(dá)植株在干旱脅迫下表現(xiàn)出更強(qiáng)的生長(zhǎng)勢(shì)；發(fā)芽率、根系導(dǎo)水率和存活率都顯著提高。在干旱脅迫下，過(guò)表達(dá)番茄具有較高的相對(duì)含水量，而丙二醛（MDA）含量則較低。辣椒水通道蛋白（Tonoplast intrinsic proteins）基因CaTIP1-1在花、果、種子中表達(dá)高于根、莖、葉，該基因受0.15 mol·L-1NaCl、0.15 mol·L-1甘露醇、5 mmol·L-1水楊酸（SA）和 100 μmol·L-1脫落酸（ABA）誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá)[12]。病毒誘導(dǎo)該基因沉默后，植株表現(xiàn)矮化[12]。超量表達(dá) CaTIP1-1增強(qiáng)了細(xì)胞的活力、提高了活性氧清除能力，使轉(zhuǎn)基因煙草對(duì)干旱脅迫的抗性增強(qiáng)[12]。辣椒質(zhì)膜內(nèi)在蛋白CaPIP1-1定位在質(zhì)膜和其他亞細(xì)胞器，該基因在果實(shí)中表達(dá)量最高，低溫、鹽、甘露醇、脫落酸和辣椒疫霉菌侵染處理后上調(diào)表達(dá)[12]。病毒誘導(dǎo)該基因沉默后，辣椒植株矮化，離體葉片對(duì)干旱脅迫的抗性降低[12]。QIAN等[13]發(fā)現(xiàn)當(dāng)黃瓜幼苗浸泡在PEG和NaCl溶液中，根中水通道蛋白AQP的表達(dá)下降，根系導(dǎo)水率的下降可能是由于水通道蛋白活力的下降。CsPIP1;2和CsPIP2;4表達(dá)的下降導(dǎo)致葉片和葉片細(xì)胞的導(dǎo)水率下降。這些結(jié)果表明，黃瓜的水通道蛋白介導(dǎo)黃瓜幼苗的水分運(yùn)輸[13]。

SlSlZ1（SAP and Mizl）蛋白可以調(diào)節(jié)類泛素化過(guò)程，ZHANG等[14]在番茄中擴(kuò)增得到一個(gè)SlSlZ1，該基因的表達(dá)受到干旱脅迫的誘導(dǎo)，在煙草中過(guò)表達(dá)SlSlZ1，經(jīng)過(guò)干旱處理后，轉(zhuǎn)基因植株降低了ROS的積累，并提高了脯氨酸含量，表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗旱能力。LIU等[15]在番茄中克隆得到了一個(gè) ShDHN（SK3-type dehydrin），ShDHN是番茄中的一類脫水蛋白，表達(dá)受到不同逆境脅迫的誘導(dǎo)。在番茄中過(guò)表達(dá)ShDHN，轉(zhuǎn)基因植株積累了更高含量的脯氨酸，提高了抗氧化酶的活性，提高了轉(zhuǎn)基因植株對(duì)干旱脅迫的抗性。

1.2　抗旱轉(zhuǎn)錄因子

在擬南芥中，目前鑒定已知的轉(zhuǎn)錄因子家族主要包括：AREB、DREB、MYB、WRKY、NAC和bZIP家族。

DREB類轉(zhuǎn)錄因子在植物響應(yīng)非生物脅迫的過(guò)程中起著重要的作用。JIANG等[16]利用酵母文庫(kù)分離克隆得到了一個(gè)番茄的SlDREB1，SlDREB1在根中的表達(dá)顯著高于莖中，其表達(dá)受到干旱和鹽脅迫的誘導(dǎo)。SlDREB1在擬南芥中表達(dá)的結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)干旱處理后，過(guò)表達(dá)擬南芥植株的抗旱性顯著高于對(duì)照。凝膠遷移實(shí)驗(yàn)（electrophoretic mobility shift assay，EMSA）結(jié)果分析表明，SlDREB1蛋白可以與下游基因啟動(dòng)子上CCGAC的元件相結(jié)合進(jìn)而調(diào)控下游基因的表達(dá)。ERD15受到SlDREB1的直接調(diào)控，進(jìn)而提高了轉(zhuǎn)基因植株的抗旱性[16]。LIU等[17]克隆分離得到了一個(gè)甘藍(lán)的DREB1。為進(jìn)一步研究BpDREB1的功能，在擬南芥中過(guò)表達(dá)該基因，結(jié)果表明干旱脅迫后轉(zhuǎn)基因植株的可溶性糖和脯氨酸含量顯著高于對(duì)照，轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗旱性。

WRKY轉(zhuǎn)錄因子是一類植物特有的轉(zhuǎn)錄因子，參與到不同的生物脅迫和非生物脅迫的調(diào)節(jié)過(guò)程中。SUN等[18]擴(kuò)增得到一個(gè)番茄的SlWRKY39，其表達(dá)受到鹽脅迫和干旱脅迫的誘導(dǎo)。在番茄中過(guò)表達(dá)SlWRKY39，轉(zhuǎn)基因植株積累了更多的脯氨酸和更低的MDA，逆境相關(guān)基因SlRD22和SlDREB2A的表達(dá)高于對(duì)照植株。SlWRKY39作為一個(gè)轉(zhuǎn)錄激活因子通過(guò)提高抗逆基因SlRD22和SlDREB2A的表達(dá)提高了植株的抗旱性[18]。

NAC轉(zhuǎn)錄因子是一類植物特有的轉(zhuǎn)錄因子，其在植物響應(yīng)逆境脅迫的過(guò)程中起著十分重要的作用。ZHU等[19]發(fā)現(xiàn)番茄 NAC轉(zhuǎn)錄因子SlNAC4的表達(dá)受到逆境脅迫的誘導(dǎo)，RNAi干擾番茄SlNAC4后，轉(zhuǎn)基因番茄植株受到的逆境傷害更大，生長(zhǎng)狀況顯著弱于對(duì)照植株，葉片葉綠素含量和相對(duì)含水量顯著降低。在RNAi干擾番茄植株中，許多逆境相關(guān)基因的表達(dá)顯著下降，表明 SlNAC4作為一個(gè)轉(zhuǎn)錄激活因子參與番茄的抗旱反應(yīng)[19]。WANG等[20]分離克隆得到一個(gè)番茄的SlNAC11，利用RNAi技術(shù)沉默該基因，結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因番茄的抗旱性降低，表現(xiàn)在葉綠素含量和種子萌發(fā)率的降低，而丙二醛的含量顯著升高。

bHLH轉(zhuǎn)錄因子是一類植物特有的轉(zhuǎn)錄因子，響應(yīng)不同的生物脅迫和非生物脅迫。FENG等[21]擴(kuò)增得到了一個(gè)MYC類的bHLH轉(zhuǎn)錄因子SlICE1a（inducer of CBF expression）。為進(jìn)一步研究SlICE1a的功能，在煙草中過(guò)表達(dá) SlICE1a，轉(zhuǎn)基因植株的耐旱性顯著提高，SlICE1a通過(guò)激活下游基因 CBF3/DREB1A（C-repeat binding factor/dehydration resistance element binding protein 1）的表達(dá)，從而提高轉(zhuǎn)基因植株的抗旱性。bZIP類轉(zhuǎn)錄因子是一類植物特有的轉(zhuǎn)錄因子，參與不同的生物學(xué)過(guò)程和非生物脅迫的響應(yīng)。ORELLANA等[22]在番茄中克隆得到一個(gè) SlAREB1（ABA responsive element binding protein），該基因是ABF（ABRE binding factors）亞家族中的一員，其表達(dá)受到干旱脅迫的誘導(dǎo)。在番茄中過(guò)表達(dá)SlAREB1，提高了轉(zhuǎn)基因植株的抗旱性。

2　鹽脅迫

鹽脅迫是指土壤中鹽分過(guò)多對(duì)植物正常生長(zhǎng)發(fā)育所造成的傷害作用，也稱為鹽害。鹽害是全球作物減產(chǎn)的主要原因之一，全球約有 7%的土地受到鹽漬化的威脅[23]，在中國(guó)土壤鹽漬化也日益嚴(yán)重。土壤鹽堿化嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)的安全生產(chǎn)和健康發(fā)展，是當(dāng)今世界較為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題之一。

植物抵御鹽脅迫的有效方法之一是維持細(xì)胞內(nèi)離子平衡，防止 Na+積累造成毒害，SOS（salt overly sensitive）途徑是維持細(xì)胞內(nèi)離子平衡的重要信號(hào)通路，它在調(diào)節(jié) Na+/K+穩(wěn)態(tài)和耐鹽性中起重要作用。SOS途徑的主要成員包括能夠調(diào)節(jié)根部Na+外排和木質(zhì)部 Na+裝載的質(zhì)膜 Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SOS1，絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶 SOS2和鈣結(jié)合蛋白 SOS3。

在酵母中首次證實(shí)在鹽脅迫下SOS1能夠特異性的轉(zhuǎn)運(yùn)Na+，sos突變體的生理分析與基因表達(dá)的研究表明擬南芥中SOS1參與離子從胞內(nèi)向維管束或表皮細(xì)胞周圍介質(zhì)的運(yùn)輸，從而保持根細(xì)胞中 Na+的低濃度[24]。

SOS3感應(yīng)由鹽脅迫引起的 Ca2+信號(hào)，與 Ca2+結(jié)合后 SOS3能夠結(jié)合并激活 SOS2[25-26]，隨后發(fā)現(xiàn)SCaBP8/CBL10（SOS3-like calcium binding protein/Cineurin B-like）同樣能夠調(diào)節(jié)SOS2活性，SCaBP8/CBL10主要在莖中發(fā)揮作用，而SOS3主要在根中發(fā)揮作用[27]。SOS2磷酸化 SCaBP8從而增強(qiáng) SCaBP8-SOS2復(fù)合物的穩(wěn)定性[28]，SOS3-SOS2 /SCaBP8-SOS2復(fù)合物將SOS2運(yùn)輸至質(zhì)膜從而激活SOS1的活性，將Na+排出細(xì)胞[27,29-30]。

SOS1的活性調(diào)節(jié)并不僅僅依賴于SOS3-SOS2復(fù)合物，SOS1是PLD(phospholipase D)信號(hào)通路的靶蛋白，在鹽脅迫下參與離子傳感與動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)。鹽處理下，擬南芥PLDα1酶活性增強(qiáng)，引起第二信使磷脂酸（phosphatidic acid，PA）瞬時(shí)迅速積累，PA激活MPK6(mitogen-activated protein kinase 6)，MPK6直接磷酸化SOS1。PLDα1及MPK6的功能缺失突變體對(duì)鹽脅迫更為敏感。盡管PLD信號(hào)通路通過(guò)SOS1調(diào)節(jié)離子排斥和內(nèi)穩(wěn)態(tài)的維持，但它對(duì)SOS1的調(diào)節(jié)似乎平行于SOS3-SOS2復(fù)合物的調(diào)節(jié)[31]。有報(bào)道發(fā)現(xiàn)GI（GIGANTEA）是SOS途徑上的負(fù)調(diào)控因子，GI通過(guò)與SOS2結(jié)合從而抑制SOS1在無(wú)脅迫情況下的激活[30]。Na+外排及離子平衡的調(diào)節(jié)機(jī)制比目前理解的更為復(fù)雜，SOS信號(hào)通路并不是控制Na+外排的唯一方式。

OLíAS等[32]發(fā)現(xiàn)番茄質(zhì)膜 Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SlSOS1通過(guò)維持離子平衡和和調(diào)節(jié)植物器官中Na+的分配，使Na+大量積累在莖中，從而保護(hù)根和光合器官免受 Na+毒害，在番茄耐鹽中發(fā)揮重要的作用。BELVER[33]和 HUERTAS[34]等先后發(fā)現(xiàn)番茄 SlSOS2/SLCIPK24（calcineurin-interacting protein kinase）和SlSOS2.1增強(qiáng)番茄過(guò)表達(dá)植株的耐鹽性，SlSOS2和SlSOS2.1能夠調(diào)節(jié) SlSOS1和 Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（LeNHX2和LeNHX4）在根中和地上部的表達(dá)，根質(zhì)膜和細(xì)胞內(nèi)膜上的Na+/H+交換活性，這些調(diào)控導(dǎo)致Na+更多地在莖及葉片中分布和貯藏。LI等[35]首次在茄子中鑒定出 5個(gè) CBL（CBL interacting protein kinase）和15個(gè)CIPK，并證實(shí)SmCBLs和SmCIPKs互作。SmCBL7和SmCIPK17顯著響應(yīng)NaCl脅迫，因此推測(cè) SmCBL7-SmCIPK17復(fù)合物在鹽脅迫信號(hào)通路中發(fā)揮重要作用。

2.1　抗鹽轉(zhuǎn)錄因子

轉(zhuǎn)錄調(diào)控是植物對(duì)逆境脅迫產(chǎn)生應(yīng)答的關(guān)鍵步驟，轉(zhuǎn)錄因子在植物對(duì)逆境脅迫的應(yīng)答過(guò)程中發(fā)揮重要作用。SlNAC11-RNAi番茄植株對(duì)鹽耐受性降低，在ABA處理下轉(zhuǎn)基因株系幼苗下胚軸和根較對(duì)照更長(zhǎng)，SlNAC11-RNAi番茄植株對(duì) ABA敏感性降低。這些結(jié)果表明SlNAC11參與非生物脅迫響應(yīng)[20]。

鹽脅迫、細(xì)菌病原體和信號(hào)分子誘導(dǎo)SlNAC35表達(dá)，暗示其參與植物對(duì)非生物和生物刺激的反應(yīng)。與野生型相比，SlNAC35過(guò)表達(dá)煙草植株在鹽脅迫下側(cè)根數(shù)更多，根長(zhǎng)更長(zhǎng)，這些結(jié)果表明在鹽處理下過(guò)表達(dá)SlNAC35促進(jìn)了根的生長(zhǎng)和發(fā)育[36]。同時(shí)在鹽脅迫下，SlNAC35過(guò)表達(dá)株系中影響根系發(fā)育的重要轉(zhuǎn)錄因子 NtARF1、NtARF2和 NtARF8表達(dá)上升[37]。這說(shuō)明SlNAC35是通過(guò)調(diào)節(jié)NtARF的表達(dá)從而促進(jìn)根的生長(zhǎng)和發(fā)育[36]。HAN[38]和 YANG 等[39]發(fā)現(xiàn)NAC家族成員SlNAC1、SlNAM1和SlNAC3在鹽處理下上調(diào)或下調(diào)表達(dá)，這暗示他們?cè)谀婢稠憫?yīng)中發(fā)揮作用。

乙烯響應(yīng)因子（ethylene responsive factor，ERF）在植物響應(yīng)逆境中發(fā)揮了重要作用，LU等[40]發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá) SlERF1番茄植株幼苗抗鹽能力增強(qiáng)，在鹽處理下，過(guò)表達(dá)植株相對(duì)含水量比對(duì)照高，MDA和電解質(zhì)滲透較低，并積累了更多的游離脯氨酸及可溶性糖。此外，SlERF1激活了抗逆相關(guān)基因 LEA、P5CS、DREB3-1等的表達(dá)，這些結(jié)果都證明SlERF1在番茄抗鹽中發(fā)揮積極作用[40]。

對(duì)黃瓜中82個(gè)NAC進(jìn)行表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)與其他脅迫相比，CsNACs對(duì)鹽脅迫更為敏感，說(shuō)明NAC轉(zhuǎn)錄因子是黃瓜鹽脅迫應(yīng)答反應(yīng)中的重要調(diào)控因子[41]。對(duì)黃瓜中MYB家族55位成員進(jìn)行不同處理下的表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)12個(gè)基因響應(yīng)鹽處理，但一些基因在不同的處理下表現(xiàn)出相反的表達(dá)方式。例如，CsMYB16的表達(dá)量受高鹽誘導(dǎo)而被 ABA抑制，這表明它們?cè)谥参飳?duì)非生物反應(yīng)的響應(yīng)中起重要作用，并參與不同信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[42]。

2.2　抗鹽功能基因

滲透調(diào)節(jié)是耐鹽的最常見(jiàn)方式，脯氨酸和甜菜堿（Betaine）是最重要、最有效的滲透調(diào)節(jié)劑，植物在受到鹽脅迫后體內(nèi)脯氨酸含量迅速增高。脯氨酸在生物體內(nèi)具有調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢(shì)，穩(wěn)定蛋白質(zhì)、膜系統(tǒng)和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，通過(guò)清除活性氧保護(hù)細(xì)胞完整性等作用[43]。

CHEN等[44]成功克隆得到菜豆PvP5CS，它編碼的吡咯啉-5-羧酸合成酶參與脯氨酸合成。在鹽處理下PvP5CS的表達(dá)明顯上調(diào)，而在鹽處理9 h后脯氨酸的積累達(dá)到峰值。這些結(jié)果表明 PvP5CS是一個(gè)脅迫誘導(dǎo)基因，調(diào)節(jié)脯氨酸積累應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫[44]。番茄 tomPRO2編碼一個(gè)全長(zhǎng)的 P5CS酶，在 200 mmol·L-1NaCl處理下在番茄根和葉片中脯氨酸含量增加60多倍，而tomPRO2的表達(dá)量?jī)H增加不足3 倍[45]。而 AMINI等[46]發(fā)現(xiàn)在 160 mmol·L-1NaCl處理下葉片中tomPRO2的表達(dá)量明顯下降，而根中tomPRO2的表達(dá)量未發(fā)生明顯變化。這些結(jié)果說(shuō)明tomPRO2與番茄耐鹽及脯氨酸合成的關(guān)系仍有待深入探究。脯氨酸脫氫酶（ProDH）是存在于線粒體內(nèi)的催化脯氨酸降解的關(guān)鍵酶，楊鵬等[47]從青花菜中克隆得到 ProDH cDNA全長(zhǎng)，并發(fā)現(xiàn)在外源 L-脯氨酸存在時(shí)，BoiProDH干擾植株脯氨酸脫氫酶的活性受到了明顯抑制，說(shuō)明植物在鹽脅迫下可能通過(guò)抑制 BoiProDH的表達(dá)，從而提高游離脯氨酸含量應(yīng)對(duì)脅迫。LI等[48]發(fā)現(xiàn)敲除青花菜CesA（cellulose synthase）干擾植株抗鹽能力提高，BoiCesA干擾植株中脯氨酸和可溶性糖含量增加，同時(shí)逆境相關(guān)基因 BoiPIP2;2、BoiPIP2;3表達(dá)量上升，而 BoiProH表達(dá)量下降，揭示了BoiCesA干擾植株抗鹽能力提高的機(jī)理。

甜菜堿在細(xì)胞中起著滲透保護(hù)劑的作用，其大量積累可保持許多代謝過(guò)程中重要酶類的活性，甜菜堿醛脫氫酶（BADH）是甜菜堿合成途徑中的關(guān)鍵酶。研究發(fā)現(xiàn)，不管是在對(duì)照還是鹽處理下，過(guò)表達(dá)SlBADH植株中BADH的表達(dá)量都明顯高于對(duì)照植物。并且隨著處理濃度的增加，過(guò)表達(dá)SlBADH植株中BADH的表達(dá)量也隨之上升。在鹽處理下過(guò)表達(dá) SlBADH植株長(zhǎng)勢(shì)明顯優(yōu)于對(duì)照，鹽處理 7 d后對(duì)照植株開(kāi)始萎蔫，而過(guò)表達(dá) SlBADH植株仍然挺立，說(shuō)明BADH的超表達(dá)增強(qiáng)了番茄的抗鹽能力[49]。

3　溫度脅迫

溫度是影響蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵環(huán)境因素之一。近年來(lái)，全球氣溫波動(dòng)加劇，極端高溫、低溫天氣頻次增加[50]。為提高蔬菜作物對(duì)于極端溫度條件的耐受性，研究蔬菜作物抵御極端高溫及低溫條件過(guò)程中的分子機(jī)理具有非常重要的意義。

3.1　高溫脅迫

環(huán)境溫度的上升對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育帶來(lái)重大影響，極端高溫天氣會(huì)引起農(nóng)作物一系列生理生化水平的變化[51]。在高溫條件下，植物光合系統(tǒng)會(huì)到影響，其中光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）電子傳遞被抑制，光化學(xué)效率降低，造成大量光能剩余，從而產(chǎn)生大量的活性自由基[52]。這些植物細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的大量剩余自由基導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化，細(xì)胞膜透性發(fā)生改變，電解質(zhì)外滲，對(duì)植物造成傷害。為減輕或避免這種傷害，由過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）構(gòu)成的膜保護(hù)酶系統(tǒng)與可溶性糖和脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)會(huì)起到清除活性氧、維護(hù)細(xì)胞膜穩(wěn)定性的作用[53]。

在高溫條件下，植物內(nèi)源激素的含量、分布都會(huì)出現(xiàn)變化，這其中ABA參與植物抗逆反應(yīng)，并在逆境信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及生理生化保護(hù)性反應(yīng)過(guò)程中起著重要作用。毛勝利等[54]在研究高溫脅迫下番茄中ABA變化時(shí)，發(fā)現(xiàn)番茄耐熱品種葉片ABA含量提高的幅度明顯大于不耐熱品種；耐熱品種花器官中ABA含量無(wú)論在常溫還是在高溫下，都高于不耐熱品種，推測(cè)花器官中形成高水平的 ABA對(duì)高溫脅迫下花粉活力有決定性影響。張玉華等[55]在對(duì)黃瓜的研究也表明黃瓜花器官中的 ABA參與了對(duì)高溫逆境的響應(yīng)。

在植物對(duì)于高溫逆境的響應(yīng)過(guò)程中，熱激蛋白作為一類高度保守的功能性蛋白可以起到維護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，維持細(xì)胞正常生理功能的作用[56]，而熱激轉(zhuǎn)錄因子（heat stress transcription factors，HSFs）作為一類轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子可以調(diào)控?zé)峒さ鞍谆蛟趦?nèi)的多種抗逆基因的表達(dá)，在整個(gè)植物響應(yīng)高溫逆境的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中處于中心位置，具有重要作用[57]。AHSAN 等[58]在經(jīng)過(guò)熱激處理的大豆幼苗的葉、莖和根中分別分離出了54、35和61種不同的蛋白質(zhì)，發(fā)現(xiàn)多種熱激蛋白在不同組織中皆有不同程度的上調(diào)表達(dá)，說(shuō)明熱激蛋白在大豆幼苗對(duì)高溫脅迫的響應(yīng)中具有重要作用。BHARTI等[59]發(fā)現(xiàn)在番茄中，熱激轉(zhuǎn)錄因子 HsfB1可以作為共激活子與 HsfA1結(jié)合形成復(fù)合體，增強(qiáng)下游相關(guān)基因的表達(dá)從而提高植株對(duì)于高溫逆境的耐受性。LI等[60]發(fā)現(xiàn)番茄熱激轉(zhuǎn)錄因子SlHsfA3可直接調(diào)控SlHsp26.1-P和SlHsp21.5-ER的表達(dá)，使其表達(dá)量顯著增加，過(guò)表達(dá) SlHsfA3的擬南芥植株耐熱性增強(qiáng)并且花期推遲。FRAGKOSTEFANAKIS等[61]在番茄中發(fā)現(xiàn)HsfA1a的共激活子HsfA2在經(jīng)過(guò)熱激處理的番茄幼苗中大量表達(dá)并調(diào)控大量下游的熱激響應(yīng)基因，提高了番茄對(duì)高溫脅迫的耐受性，此外還發(fā)現(xiàn) HsfA2的過(guò)表達(dá)會(huì)導(dǎo)致花粉的活力及萌發(fā)率降低，表明HsfA2是在熱脅迫下維持花粉活性的重要調(diào)控因子，其具體調(diào)控機(jī)制還有待研究。目前，植物熱激蛋白及熱激轉(zhuǎn)錄因子功能及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究是分子生物學(xué)的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，蔬菜作物中有關(guān)熱激蛋白及熱激轉(zhuǎn)錄因子響應(yīng)高溫逆境的具體作用機(jī)制及功能的研究主要集中在番茄中，其他蔬菜作物的研究報(bào)道相對(duì)較少。

此外，植物響應(yīng)高溫脅迫的過(guò)程中還有許多基因具有重要的功能。SHEN等[62]將擬南芥中的受體激酶基因ERECTA過(guò)表達(dá)至番茄和水稻野生型植株中，發(fā)現(xiàn)在番茄和水稻的過(guò)表達(dá)株系中熱激蛋白的表達(dá)量與野生型相比顯著升高，植株也表現(xiàn)出對(duì)于高溫脅迫更強(qiáng)的耐受性。YANG等[63]將菠菜的甜菜堿醛脫氫酶基因SoBADH-1過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)入煙草中，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因煙草的耐熱性高于對(duì)照，進(jìn)一步研究表明，甜菜堿可以維持Rubisco活化酶的活性從而緩解其活性的降低，提高了植株在高溫條件下對(duì)CO2同化的耐受性，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)基因煙草對(duì)高溫的耐受性。張揚(yáng)[64]利用VIGS技術(shù)沉默了番茄 S-亞硝基谷胱甘肽還原酶基因SlGSNOR，發(fā)現(xiàn)高溫下沉默植株與野生型植株相比葉片凈光合速率下降，Rubisco酶活性降低，對(duì)高溫的耐受性下降。

3.2　低溫脅迫

低溫是主要的非生物脅迫因子之一，低溫脅迫可以分為冷脅迫（0—15℃）和冰凍脅迫（＜0℃）。研究表明，植物在受到低溫脅迫后，會(huì)出現(xiàn)水分狀況、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、光合作用、呼吸作用和新陳代謝等生理過(guò)程的紊亂，造成冷害甚至死亡。WANG等[65]在番茄的研究中發(fā)現(xiàn)植株受到冷脅迫后，光合系統(tǒng)獲得的過(guò)剩激發(fā)能量會(huì)導(dǎo)致光抑制和光氧化發(fā)生，降低寒冷期間光合速率，表現(xiàn)為葉綠體膜脂質(zhì)過(guò)氧化作用增強(qiáng)，葉綠素、胡蘿卜素和葉黃素發(fā)生降解。冷脅迫還會(huì)造成植物細(xì)胞膜流動(dòng)性及膜結(jié)合酶的活性降低，影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育與生理代謝。

植物對(duì)冷脅迫的響應(yīng)通常表現(xiàn)為內(nèi)源激素含量、膜質(zhì)組成、抗氧化成分及冷脅迫相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平的改變[66]。研究表明，在植物對(duì)冷脅迫的響應(yīng)過(guò)程中，CBF/DREB1轉(zhuǎn)錄因子具有重要作用，位于整個(gè)分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的中心位置。研究顯示，植物體內(nèi)存在2條途徑調(diào)節(jié)CBF的表達(dá)：一條為鈣離子信號(hào)途徑[67]，質(zhì)膜感受到冷信號(hào)，通過(guò)改變胞質(zhì)中的三磷酸肌醇IP3含量，誘導(dǎo)胞質(zhì)內(nèi)鈣離子的積累，迅速增加的鈣離子與鈣調(diào)蛋白結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子CAMTA3（Calmodulin- binding transcription activator 3）形成復(fù)合物，通過(guò)CAMTA3與CBF2啟動(dòng)子上CG-1元件結(jié)合，激活CBF的表達(dá)；另外一條途徑是ICE-CBF寒冷響應(yīng)途徑。ICE是類似MYC的bHLH轉(zhuǎn)錄因子，可以與位于CBF上游啟動(dòng)子中的ICE結(jié)合元件相結(jié)合，誘導(dǎo)CBF表達(dá)，而后CBF表達(dá)產(chǎn)物與下游一系列 COR（cold responsive gene）基因啟動(dòng)子中的CRT/DRE（c-repeat/Dehydration responsive element）元件結(jié)合，誘導(dǎo)一系列抗冷基因表達(dá)，從而提高植物抗冷性[68]。YU等[69]在番茄中過(guò)表達(dá)ICE1轉(zhuǎn)錄因子，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因番茄植株中，CBF的表達(dá)量上調(diào)，在冷脅迫條件下，與野生型番茄相比，過(guò)表達(dá)植株中丙二醛含量降低，脯氨酸含量增加，過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶活性升高，對(duì)冷脅迫的耐受性增強(qiáng)。BEHNAM等[70]將擬南芥的DREB1A及RD29A共轉(zhuǎn)入馬鈴薯中，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因馬鈴薯植株中DREB1A及RD29A互作，顯著提高了馬鈴薯植株對(duì)冷脅迫的耐受性。

此外，在植物響應(yīng)冷脅迫的過(guò)程中，胚胎后期豐富蛋白、熱激蛋白、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)生物合成所需的酶等蛋白質(zhì)對(duì)于植物建立對(duì)低溫的抗性，以及受凍害后的恢復(fù)都具有重要作用。LEA和HSPs是在低溫脅迫下表達(dá)量明顯升高的兩類重要蛋白，在脅迫過(guò)程中起到維持功能蛋白正常結(jié)構(gòu)，防止蛋白質(zhì)變性，增強(qiáng)細(xì)胞膜流動(dòng)性，維持細(xì)胞的正常生理功能[71]。番茄和菠菜在低溫下產(chǎn)生一類Hsp70家族蛋白，這些蛋白類分子伴侶可在低溫條件下調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和運(yùn)輸，維持酶的活性[72]。

4　其他非生物脅迫

4.1　重金屬脅迫

重金屬污染一般是指密度在4.5 g·cm-3以上的金屬（包括銅、鋅、鉻、鉛、汞、鎳、鈷等）或其化合物在環(huán)境中所造成的污染。重金屬濃度一旦超過(guò)植物自凈能力，會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生極大的抑制作用。中國(guó)北京、上海、天津、壽光、哈爾濱、福州、長(zhǎng)沙、大同、成都、貴陽(yáng)等地都對(duì)郊區(qū)菜園土壤和產(chǎn)出蔬菜中的重金屬積累情況進(jìn)行過(guò)調(diào)查，結(jié)果顯示形勢(shì)十分嚴(yán)峻，各大城市郊區(qū)蔬菜都已經(jīng)受到了不同程度的重金屬污染，有些甚至超過(guò)了食品衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)[73]。

在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，植物形成了多種機(jī)制防御重金屬離子的毒害。根系能夠在根尖部分外排分泌物，其成分復(fù)雜多樣，其中研究較多的是有機(jī)酸、氨基酸和糖類等。根系分泌的有機(jī)酸，包括檸檬酸、草酸和蘋果酸，這些有機(jī)酸能夠在根際螯合重金屬?gòu)亩纬蔁o(wú)毒的穩(wěn)定復(fù)合物。根系分泌物對(duì)于鋁毒耐受性的研究較為清楚。不同植物會(huì)分泌不同的有機(jī)酸來(lái)緩解鋁脅迫，番茄和菠菜能夠在鋁的刺激下分泌草酸、蘋果酸和檸檬酸，四季豆能分泌蘋果酸[74]，而蘿卜能分泌檸檬酸和蘋果酸[75]。另外，有兩種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白能夠增加鋁誘導(dǎo)的蘋果酸或檸檬酸的外排和鋁抗性。在甘藍(lán)中克隆到了一個(gè)鋁誘導(dǎo)的檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 MATE[76]，但是另一種蘋果酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ALMT在蔬菜中尚未報(bào)道，在擬南芥、油菜中已被鑒定[77-78]。

重金屬離子必須跨過(guò)根系細(xì)胞膜才能進(jìn)入植物體內(nèi)產(chǎn)生毒害，因此，細(xì)胞膜的選擇性吸收是重金屬抗性機(jī)理的重要部分。目前有大量金屬離子的轉(zhuǎn)運(yùn)器被鑒定，包括鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)器（IRT）[79]，ZIP家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[80]，自然抵抗相關(guān)的巨噬細(xì)胞蛋白（Nrump）[81]，P-type ATPase家族蛋白[82]。然而這些金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)子的研究多集中于擬南芥、水稻等模式作物中，在蔬菜中少有報(bào)道。

當(dāng)重金屬進(jìn)入細(xì)胞后，能夠和細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、有機(jī)酸、谷胱甘肽等形成復(fù)雜的螯合物，從而使重金屬的毒性降低。植物絡(luò)合素（phytochelatins，PCs）是一種重金屬結(jié)合多肽，最早是從Ophiorrhiza mungos懸浮細(xì)胞中分離得到[83]。正常情況下，PCs在植物體內(nèi)的含量很低，但是在重金屬的誘導(dǎo)下，能夠由植物絡(luò)合素合成酶（PCS）催化以半胱氨酸為底物迅速合成。PCs能夠與重金屬離子結(jié)合形成無(wú)毒的化合物，之后被送至液泡儲(chǔ)存起來(lái)。STEFFENS等[84]發(fā)現(xiàn)抗高濃度鎘（Cd）脅迫的番茄細(xì)胞中 PCs的含量遠(yuǎn)高于普通番茄細(xì)胞，并且用谷氨酰半胱氨酸合成酶抑制劑處理抗Cd的番茄細(xì)胞后，其抗性消失。另外也有研究顯示Cd脅迫提高了馬鈴薯中PCS的轉(zhuǎn)錄活性與酶活性[85]。擬南芥AtPCS1缺失突變體對(duì)鎘高度敏感，并且過(guò)表達(dá)AtPCS1能夠提高植物對(duì)鎘的耐受性[86]。目前只有少量蔬菜中的PCS被克隆，包括萵苣[87]、印度芥菜[88]。另一種高等植物具有的能與金屬離子結(jié)合的多肽是金屬硫蛋白（MTs）。除了可以螯合重金屬達(dá)到解毒的目的外，MTs也可以清除重金屬毒害造成的大量自由基[89]。蕪菁BrMT1[90]、大蒜AsMT2b和芋CeMT2b[91]能夠增加擬南芥的鎘抗性。

4.2　水淹脅迫

大多數(shù)植物無(wú)法長(zhǎng)期浸沒(méi)在水中，蔬菜作物尤其不能耐受水淹[92]。澇害和水淹導(dǎo)致植物根系處于低氧狀態(tài)，抑制根系生長(zhǎng)甚至爛根。擬南芥中的研究表明，乙烯信號(hào)和低氧信號(hào)在植物抵御水淹脅迫中發(fā)揮著重要作用[93]。VIDOZ等[94]發(fā)現(xiàn)，乙烯會(huì)刺激生長(zhǎng)素向莖中運(yùn)輸積累進(jìn)而刺激更多的乙烯合成。大量積累的乙烯進(jìn)一步促進(jìn)生長(zhǎng)素在受到水淹的組織中積累，從而誘導(dǎo)番茄生長(zhǎng)出新的根系組織替代被澇害損傷的根系。在水淹條件下，乙烯合成抑制劑（ethylene biosynthesis inhibitor aminoethoxyvinylglycine，AVG）和生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)抑制劑（auxin transport inhibitor 1-naphthylphthalamic acid，NPA）處理的番茄較未處理的番茄，不定根數(shù)量減少，導(dǎo)致番茄耐澇能力降低。乙烯響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子在乙烯抗?jié)承盘?hào)中起到重要作用。在擬南芥中，過(guò)表達(dá)乙烯響應(yīng)因子 HRE1和 HRE2（hypoxia-inducible ethylene response factor）表現(xiàn)出較強(qiáng)抗?jié)承訹95]。RAP2.12、RAP2.2和RAP2.3（ERF-VII factor）則不受低氧脅迫誘導(dǎo)，但會(huì)在蛋白水平上受到氧含量的負(fù)調(diào)控[96-97]。在蔬菜作物中，抗?jié)澈Φ年P(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子仍未被揭示，但一些功能基因被報(bào)道與抗?jié)诚嚓P(guān)。CHIANG等[98]在擬南芥中過(guò)表達(dá)茄子和絲瓜的APX增強(qiáng)過(guò)表達(dá)擬南芥植株在澇害條件下清除H2O2的能力，進(jìn)而增強(qiáng)抗?jié)衬芰?。在黃瓜中，干擾CsSUS3（sucrose synthase 3）使黃瓜耐低氧能力降低[99]。QI等[100]利用高通量 Tag-seq測(cè)序檢測(cè)黃瓜在水淹條件下 24 h內(nèi)差異表達(dá)的基因，得到的差異基因涉及碳穩(wěn)態(tài)、光合作用、活性氧產(chǎn)生和清除、激素合成及其信號(hào)通路等。蔬菜作物應(yīng)答非生物逆境的基因/轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)研究總結(jié)如表1。

表1　蔬菜作物應(yīng)答非生物逆境的基因/轉(zhuǎn)錄因子Table 1　Genes/transcription factors of abiotic stress responses in vegetable crops

4.3　弱光脅迫

光是光合作用的能量來(lái)源，是植物生長(zhǎng)發(fā)育最重要的環(huán)境因素。而過(guò)弱的光照會(huì)嚴(yán)重影響光合作用、生物量及抑制抗氧化酶活性，并且會(huì)影響葉綠體的定位；過(guò)強(qiáng)的光照則會(huì)使植物積累過(guò)多的自由基，同樣會(huì)抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育。在蔬菜中，強(qiáng)光逆境研究少，所以本文僅對(duì)蔬菜弱光逆境的響應(yīng)展開(kāi)討論。細(xì)胞分裂素（Cytokinins）廣泛影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，能夠在維持葉綠體活性、減緩葉綠素降解、延緩衰老等方面起作用。在黃瓜中，6-BA能通過(guò)調(diào)節(jié)葉綠素的含量，減少氧自由基和 H2O2的產(chǎn)生，從而減少光合系統(tǒng)的損傷，進(jìn)而提高CO2的同化效率，積累更多的碳水化合物以供生長(zhǎng)[101]。油菜素內(nèi)脂（brassinosteroids，Brs）作為近年新報(bào)道的植物激素，同樣對(duì)植物抵御弱光逆境有一定的作用。CUI等[102]用 0.1 μmol·L-1EBR 處理番茄，ATPase β亞族的活性相比對(duì)照植株有所提高，活性氧清除能力提高，使番茄在弱光條件下積累更少量的氧自由基和H2O2。但更加深入的逆境信號(hào)傳遞途徑以及激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑在蔬菜作物中未見(jiàn)報(bào)道。更多的研究主要集中在營(yíng)養(yǎng)和外源施加某種物質(zhì)來(lái)增強(qiáng)蔬菜作物抵御弱光逆境的能力[103-104]。HU 等[103]調(diào)整NH4+∶NO3-比例為 1∶9，從而提高了白菜中 rbcL（rubisco large subunit gene）、rbcS（rubisco small subunit gene）、FBPase（fructose-1, 6- bisphosphatase）及 TK（transketolase）等基因的表達(dá)量，該措施增強(qiáng)了白菜在弱光條件下的光合作用，增加了碳水化合物的積累，提高了白菜抗弱光的能力。YU等[104]通過(guò)外源施加亞精胺（spermidine）抑制了弱光條件下番茄的膜脂過(guò)氧化過(guò)程。

5　展望

非生物逆境對(duì)蔬菜作物的產(chǎn)量及品質(zhì)有重要影響。在分子生物學(xué)層面研究蔬菜作物抵抗非生物逆境機(jī)制成為近年來(lái)的熱點(diǎn)。在非生物逆境信號(hào)刺激下，植物體內(nèi)ABA水平升高，ABA信號(hào)受體PYL（pyrabactin resistance 1-like）與其共受體 PP2Cs（protein phosphatase 2Cs）互作并將信號(hào)傳遞給SnRK2（Sucrose nonfermenting related protein kinases 2）[105]，進(jìn)而誘導(dǎo)多種抗逆相關(guān)基因的差異表達(dá)，如WRKY、NAC，HSF等轉(zhuǎn)錄因子。這些轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)變化會(huì)進(jìn)一步調(diào)節(jié)下游抗逆相關(guān)的功能基因變化及抗逆物質(zhì)的積累。但目前蔬菜作物的研究仍呈現(xiàn)碎片化，研究?jī)?nèi)容僅針對(duì)某個(gè)轉(zhuǎn)錄因子或功能基因的研究。蔬菜作物中的逆境響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是否與擬南芥中存在區(qū)別，ABA與轉(zhuǎn)錄因子之間的信號(hào)通路以及轉(zhuǎn)錄因子與功能基因間的直接調(diào)控關(guān)系并未得到深入研究。近年來(lái)的研究可以看出，機(jī)制性研究正在逐步深入。從基本的功能基因的研究逐步向調(diào)控因子上過(guò)渡。一些關(guān)鍵的調(diào)控因子如CBFs、ABIs在蔬菜中得以涉及，miRNA在蔬菜抵御逆境脅迫過(guò)程中的功能也有一定的研究[106-107]。

目前，蔬菜作物的非生物逆境響應(yīng)機(jī)制研究受限于遺傳轉(zhuǎn)化體系的制約，除番茄、黃瓜等重要蔬菜外，大部分蔬菜的轉(zhuǎn)化體系仍未有效建立，基因功能的驗(yàn)證僅能在擬南芥、煙草等模式植物上進(jìn)行，制約了蔬菜作物非生物逆境脅迫響應(yīng)的研究。因此，建立穩(wěn)定的遺傳轉(zhuǎn)化體系對(duì)蔬菜作物的非生物逆境響應(yīng)機(jī)理研究十分重要。同時(shí)，目前蔬菜非生物逆境的相關(guān)研究仍有大量空白，各個(gè)非生物逆境的信號(hào)通路有待更加深入的研究，生物技術(shù)的進(jìn)步也將為研究蔬菜非生物逆境響應(yīng)提供便利。CRISPR-Cas9是近年來(lái)研究基因功能的有效工具，在蔬菜作物中，CRISPR技術(shù)被用于生長(zhǎng)發(fā)育及育種方向的研究[108-109]，如LI等[109]利用CRISPR敲除多個(gè) γ-氨基丁酸合成通路中的多個(gè)基因從而研究其代謝，但將其用于非生物逆境研究仍未見(jiàn)報(bào)道。CRISPR技術(shù)在蔬菜作物上的成功應(yīng)用將為探究蔬菜非生物逆境脅迫響應(yīng)機(jī)制提供助力。未來(lái)的研究可以通過(guò)EMS誘變或直接進(jìn)行基因編輯獲得蔬菜作物中ABA信號(hào)通路、逆境應(yīng)答關(guān)鍵基因的突變體。以此為切入點(diǎn)，利用成熟的轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等技術(shù)，自上而下研究蔬菜抵御非生物逆境的信號(hào)通路。同時(shí)研究非生物逆境對(duì)蔬菜經(jīng)濟(jì)器官的影響（如果類蔬菜的果實(shí)發(fā)育以及葉類蔬菜的形態(tài)建成），指導(dǎo)蔬菜作物的生產(chǎn)，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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