山東農(nóng)業(yè)大學(xué)揭示褪黑素調(diào)控番茄耐鹽堿的重要生理途徑

土壤鹽堿化是全球范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要限制因素，鹽堿土是鹽土和堿土的統(tǒng)稱，鹽土主要以積累Na+、Cl-、SO42-離子等為主，而堿土中除了上述離子，還包含HCO3-和CO32-。以往關(guān)于植物適應(yīng)中性鹽脅迫的研究已取得較大的進展，而關(guān)于植物對堿性鹽脅迫耐性的調(diào)控研究較少。褪黑素是近幾年廣受關(guān)注的生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，在調(diào)控植物對生物和非生物脅迫的適應(yīng)性中發(fā)揮重要的作用。

2019 年7 月，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院史慶華團隊在《Plant & Cell Physiology》發(fā)表了題為“Using transcriptome to discover a novel melatonin-induced sodic alkaline stress resistant pathway in Solanum lycopersicum L.”的研究論文，揭示了褪黑素調(diào)控番茄耐鹽堿的新途徑。該研究首先利用轉(zhuǎn)錄組測序的方法，篩選到6 個可能在褪黑素提高番茄耐鹽堿中發(fā)揮作用的轉(zhuǎn)錄因子，然后采用VIGS 技術(shù)發(fā)現(xiàn)，DREB1α 和IAA3 被抑制表達后，番茄植株中Na+積累顯著增加，K+顯著降低，并且顯著抑制了褪黑素對番茄鹽堿脅迫的緩解效果；IAA3 表達的抑制對DREB1α 表達無顯著影響，而抑制DREB1α 表達則顯著降低了IAA3 的表達量。進一步研究發(fā)現(xiàn)，DREB1α 和IAA3 的沉默導(dǎo)致了離子轉(zhuǎn)運相關(guān)的基因表達量下調(diào)、番茄根系中蘋果酸和檸檬酸積累顯著下降，葉片水分散失率顯著增加以及氧化脅迫加重。該研究還發(fā)現(xiàn)，DREB1α 可以直接與IAA3 的啟動子結(jié)合，是其調(diào)控IAA3 表達的重要機制。總之，該研究發(fā)現(xiàn)了DREB1α 和IAA3 介導(dǎo)褪黑素調(diào)控番茄耐鹽堿的生理途徑，揭示了褪黑素對離子平衡、水分平衡、酸堿平衡和氧化還原平衡的系統(tǒng)調(diào)控是其提高番茄耐鹽堿能力的重要機制。