New Phytologist | 山东农业大学巩彪课题组揭示番茄ACOh4亚硝基化增强乙烯合成和盐碱抗性的新机制

近日，山东农业大学园艺科学与工程学院巩彪教授团队在New Phytologist在线发表了题为S-nitrosylation of ACO homolog 4 improves ethylene synthesis and salt tolerance in tomato的研究论文，揭示了一氧化氮（NO）通过S-亚硝基化ACC氧化酶同系物4（ACOh4）蛋白，增强番茄乙烯合成和盐碱抗性的分子机制。

据FAO统计，全球有超过10亿公顷的盐渍化土地，约占世界总耕地面积的24%。中国盐碱地总面积约9900万公顷，世界排名第三。这些盐碱地尚未有效利用，是农业发展的巨大潜力资源。除了天然盐碱土，我国还有3600万公顷的次生盐渍化土地。如何释放盐碱地的生产潜力？这不仅是国际上的前沿和重点科学问题，也是践行黄河流域高质量发展和大食物观的具体措施。番茄是全球广泛栽培的重要蔬菜作物之一，起源于南美洲安第斯山地区，野生番茄能够在盐分较高的土壤环境下生长。虽然栽培番茄在驯化过程中丢失了部分耐盐基因，但其仍具有较好的耐盐遗传改良潜质。鉴定耐盐基因和信号通路，解析生化功能和分子机制，是创制番茄耐盐新种质的重要生物学基础。

NO和乙烯是植物逆境响应的重要信号分子，调控包括盐碱在内的多重非生物胁迫抗性。NO和乙烯信号间既存在相互诱导，又存在相互拮抗的关系，其决定于植物的组织器官、发育时期和生存环境。目前，盐碱胁迫下植物NO和乙烯信号的产生、相互作用及功能尚不明确，二者信号互作间缺乏直接的分子证据。本研究以盐碱胁迫下番茄NO和乙烯信号的产生为切入点，得到以下结论：

1.盐碱胁迫能诱导番茄根系产生NO和乙烯信号，且乙烯的产生部分依赖于NO。

2.NO和乙烯信号均有利于提高番茄的盐碱抗性，且NO作为乙烯的上游信号发挥功能。

3.通过乙烯合成相关酶的活性分析，发现盐碱诱导NO信号调控乙烯合成的关键靶标是ACC氧化酶（ACO）。

4.盐碱诱导的NO可通过S-亚硝基化ACOh4的Cys-172来提高其酶活性，促进乙烯合成。

5.盐碱诱导的NO还可以通过激活ACOh4基因的表达来增强乙烯合成。

6.抑制表达ACOh4能显著降低番茄根系乙烯的合成和盐碱抗性，这与ACOh4调控的根系Na+、H+外排和植株K+-Na+平衡有关。

图：本研究的机理模型

综上所述，该研究首次阐明了盐碱胁迫下NO诱导乙烯合成的关键酶（ACOh4）及其调控机制，并解析了NO和乙烯在调控番茄盐碱抗性中的相互作用关系和分子生理功能。研究成果可为番茄耐盐碱品种遗传改良和耐盐碱化控栽培技术研发提供理论依据。

该研究得到了国家自然科学基金（32272697、U1903105和31872943）和山东省重点研发项目（2021CXGC010801）的资助。

论文链接：

http://doi.org/10.1111/nph.18928