近日，西北农林科技大学园艺学院苹果抗逆与品质改良创新团队马锋旺教授/李超教授课题组在《Plant, Cell & Environment》在线发表了题为“Dopamine regulates its own synthesis via MdORG2 to improve low-nitrogen tolerance in apple plants”的研究论文，揭示了多巴胺通过MdTYDC和MdORG2相关通路调节苹果低氮耐受性的分子机制。园艺学院博士研究生刘晓敏为论文第一作者，李超教授和马锋旺教授为通讯作者。
苹果是世界四大主要水果之一，氮是与植物产量关系最密切的营养元素，在茎、叶和果实的发育中起着至关重要的作用。外源多巴胺已被证明能够提高苹果的低氮耐受性。然而，多巴胺缓解低氮胁迫的潜在调控机制仍不清楚。
该研究发现受低氮胁迫影响苹果MdTYDC（编码多巴胺生物合成关键酶酪氨酸脱羧酶的基因）表达上调，过表达MdTYDC不仅增强了苹果株系的耐低氮性，而且显著提高了苹果叶片和根系中的多巴胺水平。
在低氮胁迫下，与野生型相比，过表达株系的光合能力显著提高，根系也更加发达。这种增强使过表达株系的细根表面在低氮胁迫下表现出比WT更大的硝酸根净流入。转录组和碳水化合物分析表明，苹果中MdTYDC的过表达通过促进与碳水化合物相关基因的表达，提高了可溶性糖和山梨醇的含量，从而增强了低氮耐受性。此外，外源多巴胺和MdTYDC的过表达都激活了MdORG2（一种bHLH转录因子）的表达，而MdORG2反过来直接结合MdTYDC的启动子，并激活其表达，提高多巴胺含量，从而增强苹果的低氮耐受性。
该研究阐明了多巴胺缓解苹果低氮胁迫的潜在调控机制，研究结果为植物低氮胁迫反应机制提供了宝贵的见解，并为提高作物抗逆性和产量提供了潜在的策略。
该研究得到新疆省重点研发计划项目（2023B02018-2）、国家重点研发计划项目（2023YFD2301000）、中国农业科研体系专项基金（CARS-27）、国家自然科学基金项目（31972389）和中国高校科学基金项目（2452023067）的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1111/pce.15153
日期：2024-10-20
