近日，园艺学院苹果抗逆与品质改良创新团队李翠英副教授/马锋旺教授课题组在《Advanced Science》在线发表了题为“MdSINA2-MdNAC104 module regulates apple alkaline resistance by affecting γ-aminobutyric acid synthesis and transport”的研究论文，揭示了MdSINA2通过泛素化途径降解MdNAC104蛋白介导γ-氨基丁酸（GABA）的合成和转运调控苹果耐碱性的新机制。园艺学院博士研究生李宇星和博士后田晓成为论文共同第一作者，李翠英副教授和马锋旺教授为通讯作者。
土壤碱化造成植株生长不良，养分吸收利用效率降低，产量和品质下降，严重制约了农业健康和高质量发展，已成为全球关注的农业生产重要问题之一。苹果是世界上最重要的栽培水果之一，在农民致富、乡村振兴及生态保护等方面发挥重要作用。我国干旱半干旱地区是优质苹果最主要的产区，然而该地区果园土壤碱化，这已成为影响旱区苹果产量与品质提升的重要环境因素之一。挖掘耐碱关键基因并阐明其调控机制，对于苹果的安全高效生产以及耐碱种质创制与砧木培育均具有重要意义。GABA作为一种代谢物和信号分子广泛参与植物多种逆境响应，但是，GABA参与耐碱的分子调控机制尚不清楚。
该研究发现受碱胁迫影响苹果根中MdNAC104表达下调，过表达MdNAC104显著降低转基因苹果根系的GABA含量，并且，在碱胁迫下GABA含量降低更多，而外源施加GABA可增强MdNAC104过表达植株的耐碱性。
通过Y1H、LUC、GUS和EMSA试验证明MdNAC104通过负调控GABA合成基因MdGAD1和MdGAD3的表达减弱GABA的合成，同时通过负调控GABA转运基因MdALMT13的表达减弱GABA的转运，从而减少苹果根中GABA的含量，降低植株的耐碱性。进一步通过Y2H试验、BiFC、Split-LUC、Pull-down和Co-IP试验证明E3泛素连接酶MdSINA2和MdNAC104互作促进了MdNAC104蛋白被26S蛋白酶体途径降解。
综上，该研究明确了MdNAC104通过抑制GABA的合成与转运从而负调控苹果耐碱性的生物学功能，并阐明了MdSINA2与MdNAC104互作降解MdNAC104蛋白从而调控苹果耐碱性的分子机制。研究结果为GABA的代谢调控网络提供了新的思路，丰富了植物耐碱生物学基础，也为苹果耐碱种质创制和砧木育种提供了理论依据。
该研究得到陕西省苹果科技重大专项、陕西省基础研究计划和国家苹果产业技术体系专项资金的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202400930
日期：2024-08-23
