陕西
全球有超过150亿亩的盐渍化土壤因盐碱度过高而不能被有效利用，不合理的施肥灌溉、海水倒灌和气候变化将进一步加剧盐碱土地面积的扩张，土壤盐渍化已成为影响农作物种植和威胁粮食安全最重要的环境因素之一。中国有盐碱地约15亿亩，相当于现有耕地面积的近八成，约5亿亩具有开发潜力，培育耐盐碱农作物，开发盐碱地土壤改良剂，提高盐碱地产能，是解决我国粮食安全和农业可持续发展的重要途径。
2025年3月7日，山东大学丁兆军团队和山东省葡萄研究院李科团队在Plant Physiology上发表题为Methionine-mediated trade-off between plant growth and salt tolerance的研究论文，揭示了盐胁迫通过诱导甲硫氨酸合成和信号转导调控植物耐盐和生长平衡的分子机制。
当植物面临盐胁迫时，会采取一种聪明的策略来平衡生长和耐盐性，一方面通过激活盐胁迫响应信号以提高植物的耐盐性，另一方面，植物通过抑制根系的快速生长减少能量消耗，重新分配细胞能量用于提高植物的耐盐性，同时降低根系对盐分的吸收。在正常条件下，细胞内低水平的活性氧（ROS）和脱落酸（ABA）维持甲硫氨酸合成基因 HMTs/MSs 的适度表达，使甲硫氨酸含量处于稳态，从而激活调控根系生长的基因，同时抑制耐盐相关基因的表达。然而，在高盐条件下，ROS 和 ABA 信号被激活，导致 HMTs/MSs 表达上调，甲硫氨酸合成显著增加。甲硫氨酸在耐盐调控中发挥双重作用：一方面，它通过抑制细胞周期及生长素和细胞分裂素信号通路，限制根系生长；另一方面，它促进 ABA 的合成、转运及信号传导，提高细胞内 ABA 水平，从而增强盐胁迫响应基因的表达，提高植物的耐盐性。当甲硫氨酸水平恢复正常后，根系生长亦恢复，表明甲硫氨酸在植物生长与耐盐性之间起着关键的平衡调节作用。
氨基酸在促进植物生长和增强抗逆性方面的作用已广为人知，但不同氨基酸的具体功能、最佳应用浓度及其调控机制仍未完全明确。一般认为，氨基酸不仅是蛋白质、激素等生物大分子的基本组成部分，外源补充可以增加其供应，减少内源合成对细胞能量的消耗；此外，某些氨基酸（如脯氨酸）在维持细胞渗透平衡方面也发挥重要作用。本研究发现，在盐胁迫条件下，甲硫氨酸合成基因被激活，导致甲硫氨酸含量增加，进而促进 ABA（脱落酸）合成，提高细胞内 ABA 水平。盐胁迫下 ABA 的积累及其对耐盐性的积极作用已被广泛认可，但 ABA 在农业中的直接应用存在成本高昂和安全性方面的顾虑。因此，研究人员提出了一个创新性的替代方案——在农业生产中使用甲硫氨酸代替ABA。值得注意的是，氨基酸具有多功能性、丰富的来源、低廉的成本及较高的安全性，这些特性使其成为农业可持续发展中的重要调控因子。未来，基于氨基酸特定功能的定制化应用，或将在农业生产中发挥更大的潜力。
山东大学博士研究生史本慧和山东省葡萄研究院李科副研究员为论文的共同第一作者。山东大学丁兆军教授和田会玉教授为论文的通讯作者。山东农业大学的硕士研究生徐蕊，山东大学的张凤博士，于子鹏副研究员参与了此项工作。该研究得到了国家重点研发计划，山东省泰山学者专项基金；国家自然科学基金，山东省自然科学基金，山东农业科学院高层次人才引进与培养基金和山东省葡萄研究院科研引导基金的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf074
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