近日，園藝科學(xué)與工程學(xué)院鞏彪教授在《Plant Physiology》發(fā)表了“Genetic engineering of drought- and salt-tolerant tomato via Δ1-pyrroline-5-carboxylate reductaseS-nitrosylation”的研究論文。揭示了一氧化氮（NO）通過S-亞硝基化修飾脯氨酸合成關(guān)鍵酶Δ1-pyrroline-5-carboxylate reductase（P5CR），增強(qiáng)番茄脯氨酸合成和鹽堿、干旱抗性的分子機(jī)制。并提出SlP5CRCys5遺傳位點在番茄耐鹽抗旱和節(jié)水農(nóng)業(yè)中的潛在應(yīng)用價值，為番茄抗逆生物育種提供新的遺傳改良靶點。

脯氨酸在增強(qiáng)植物耐鹽和抗旱中的作用早已知曉，但是植物感知逆境并調(diào)控脯氨酸合成的分子機(jī)制仍不清晰。干旱和鹽堿脅迫能夠刺激番茄胞內(nèi)NO產(chǎn)生，通過激活脯氨酸合成關(guān)鍵基因SlP5CS1/2和SlP5CR的表達(dá)，以及提高P5CR酶的活性來促進(jìn)脯氨酸合成。本研究發(fā)現(xiàn)，逆境誘導(dǎo)的NO能夠S-亞硝基化修飾SlP5CR的Cys5位點，通過提高SlP5CR與輔酶因子NAD(P)H的親和力，增強(qiáng)P5CR酶活性。S-亞硝基化修飾的SlP5CR能使番茄更高效地適應(yīng)逆境中NAD(P)H的變化水平，促進(jìn)SlP5CR活性和脯氨酸合成。我們通過Cys5位點的遺傳改良，創(chuàng)制了模擬SlP5CR的S-亞硝基化修飾的轉(zhuǎn)基因番茄（SlP5CRC5W），發(fā)現(xiàn)SlP5CRC5W植株在鹽堿和干旱栽培條件下表現(xiàn)出更好的生長特性和脅迫耐受性。這歸因于SlP5CRC5W植株具有更高的P5CR活性、脯氨酸合成能力、水分利用效率、活性氧清除和鈉解毒能力。綜上，本研究表明遺傳改造SlP5CR的Cys5位點能夠使番茄在干旱和鹽堿條件下表現(xiàn)出更好的生長狀態(tài)。本研究為番茄SlP5CR在耐鹽、抗旱生物育種中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

圖1.機(jī)理模型

本研究得到了國家自然科學(xué)基金、泰山學(xué)者工程計劃、國家鹽堿地綜合利用技術(shù)創(chuàng)新中心揭榜掛帥項目和山東省青創(chuàng)團(tuán)隊支持計劃的資助。

論文鏈接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiae156/7628149?login=true

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波