近日，園藝科學(xué)與工程學(xué)院鞏彪教授團(tuán)隊在《New Phytologist》在線發(fā)表了題為“S-nitrosylation of ACO homolog 4 improves ethylene synthesis and salt tolerance in tomato”的研究論文。揭示了一氧化氮（NO）通過S-亞硝基化ACC氧化酶同系物4（ACOh4）蛋白，增強番茄乙烯合成和鹽堿抗性的分子機制。

據(jù)FAO統(tǒng)計，全球有超過10億公頃的鹽漬化土地，約占世界總耕地面積的24%。中國鹽堿地總面積約9900萬公頃，世界排名第三。這些鹽堿地尚未有效利用，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的巨大潛力資源。除了天然鹽堿土，我國還有3600萬公頃的次生鹽漬化土地。如何釋放鹽堿地的生產(chǎn)潛力？這不僅是國際上的前沿和重點科學(xué)問題，也是踐行黃河流域高質(zhì)量發(fā)展和大食物觀的具體措施。番茄是全球廣泛栽培的重要蔬菜作物之一，起源于南美洲安第斯山地區(qū)，野生番茄能夠在鹽分較高的土壤環(huán)境下生長。雖然栽培番茄在馴化過程中丟失了部分耐鹽基因，但其仍具有較好的耐鹽遺傳改良潛質(zhì)。鑒定耐鹽基因和信號通路，解析生化功能和分子機制，是創(chuàng)制番茄耐鹽新種質(zhì)的重要生物學(xué)基礎(chǔ)。

NO和乙烯是植物逆境響應(yīng)的重要信號分子，調(diào)控包括鹽堿在內(nèi)的多重非生物脅迫抗性。NO和乙烯信號間既存在相互誘導(dǎo)，又存在相互拮抗的關(guān)系，其決定于植物的組織器官、發(fā)育時期和生存環(huán)境。目前，鹽堿脅迫下植物NO和乙烯信號的產(chǎn)生、相互作用及功能尚不明確，二者信號互作間缺乏直接的分子證據(jù)。本研究以鹽堿脅迫下番茄NO和乙烯信號的產(chǎn)生為切入點，得到以下結(jié)論：

（1）鹽堿脅迫能誘導(dǎo)番茄根系產(chǎn)生NO和乙烯信號，且乙烯的產(chǎn)生部分依賴于NO。

（2）NO和乙烯信號均有利于提高番茄的鹽堿抗性，且NO作為乙烯的上游信號發(fā)揮功能。

（3）通過乙烯合成相關(guān)酶的活性分析，發(fā)現(xiàn)鹽堿誘導(dǎo)NO信號調(diào)控乙烯合成的關(guān)鍵靶標(biāo)是ACC氧化酶（ACO）。

（4）鹽堿誘導(dǎo)的NO可通過S-亞硝基化ACOh4的Cys-172來提高其酶活性，促進(jìn)乙烯合成。

（5）鹽堿誘導(dǎo)的NO還可以通過激活A(yù)COh4基因的表達(dá)來增強乙烯合成。

（6）抑制表達(dá)ACOh4能顯著降低番茄根系乙烯的合成和鹽堿抗性，這與ACOh4調(diào)控的根系Na+、H+外排和植株K+-Na+平衡有關(guān)。

圖1. 本研究的機理模型

綜上所述，本研究首次闡明了鹽堿脅迫下NO誘導(dǎo)乙烯合成的關(guān)鍵酶（ACOh4）及其調(diào)控機制，并解析了NO和乙烯在調(diào)控番茄鹽堿抗性中的相互作用關(guān)系和分子生理功能。研究成果可為番茄耐鹽堿品種遺傳改良和耐鹽堿化控栽培技術(shù)研發(fā)提供理論依據(jù)。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金和山東省重點研發(fā)項目的資助。

論文鏈接：http://doi.org/10.1111/nph.18928

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波