西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院蘋果抗逆與品質(zhì)改良創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)揭示MdNAC104調(diào)控蘋果耐堿性的分子機(jī)制

　　近日，園藝學(xué)院蘋果抗逆與品質(zhì)改良創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)李翠英副教授/馬鋒旺教授課題組在《Advanced Science》在線發(fā)表了題為“MdSINA2-MdNAC104 module regulates apple alkaline resistance by affecting γ-aminobutyric acid synthesis and transport”的研究論文，揭示了MdSINA2通過泛素化途徑降解MdNAC104蛋白介導(dǎo)γ-氨基丁酸（GABA）的合成和轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控蘋果耐堿性的新機(jī)制。園藝學(xué)院博士研究生李宇星和博士后田曉成為論文共同第一作者，李翠英副教授和馬鋒旺教授為通訊作者。

 

　　土壤堿化造成植株生長(zhǎng)不良，養(yǎng)分吸收利用效率降低，產(chǎn)量和品質(zhì)下降，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)健康和高質(zhì)量發(fā)展，已成為全球關(guān)注的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要問題之一。蘋果是世界上最重要的栽培水果之一，在農(nóng)民致富、鄉(xiāng)村振興及生態(tài)保護(hù)等方面發(fā)揮重要作用。我國(guó)干旱半干旱地區(qū)是優(yōu)質(zhì)蘋果最主要的產(chǎn)區(qū)，然而該地區(qū)果園土壤堿化，這已成為影響旱區(qū)蘋果產(chǎn)量與品質(zhì)提升的重要環(huán)境因素之一。挖掘耐堿關(guān)鍵基因并闡明其調(diào)控機(jī)制，對(duì)于蘋果的安全高效生產(chǎn)以及耐堿種質(zhì)創(chuàng)制與砧木培育均具有重要意義。GABA作為一種代謝物和信號(hào)分子廣泛參與植物多種逆境響應(yīng)，但是，GABA參與耐堿的分子調(diào)控機(jī)制尚不清楚。

 

　　該研究發(fā)現(xiàn)受堿脅迫影響蘋果根中MdNAC104表達(dá)下調(diào)，過表達(dá)MdNAC104顯著降低轉(zhuǎn)基因蘋果根系的GABA含量，并且，在堿脅迫下GABA含量降低更多，而外源施加GABA可增強(qiáng)MdNAC104過表達(dá)植株的耐堿性。

 

　　通過Y1H、LUC、GUS和EMSA試驗(yàn)證明MdNAC104通過負(fù)調(diào)控GABA合成基因MdGAD1和MdGAD3的表達(dá)減弱GABA的合成，同時(shí)通過負(fù)調(diào)控GABA轉(zhuǎn)運(yùn)基因MdALMT13的表達(dá)減弱GABA的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而減少蘋果根中GABA的含量，降低植株的耐堿性。進(jìn)一步通過Y2H試驗(yàn)、BiFC、Split-LUC、Pull-down和Co-IP試驗(yàn)證明E3泛素連接酶MdSINA2和MdNAC104互作促進(jìn)了MdNAC104蛋白被26S蛋白酶體途徑降解。

 

　　綜上，該研究明確了MdNAC104通過抑制GABA的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)從而負(fù)調(diào)控蘋果耐堿性的生物學(xué)功能，并闡明了MdSINA2與MdNAC104互作降解MdNAC104蛋白從而調(diào)控蘋果耐堿性的分子機(jī)制。研究結(jié)果為GABA的代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了新的思路，豐富了植物耐堿生物學(xué)基礎(chǔ)，也為蘋果耐堿種質(zhì)創(chuàng)制和砧木育種提供了理論依據(jù)。

 

　　該研究得到陜西省蘋果科技重大專項(xiàng)、陜西省基礎(chǔ)研究計(jì)劃和國(guó)家蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)資金的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202400930