Hortic Res | 山西农业大学徐进教授团队揭示番茄对缺硼响应的生理分子基础

硼是植物生长必需的微量元素。据报道，全球范围内已经发现有130多个国家或地区出现植物缺硼的现象。研究表明硼缺乏和硼毒害之间的浓度范围很窄，这使得农业生产中施用硼肥变得十分复杂。因此，阐明植物缺硼响应和硼积累的生理和分子机制，对提高植物硼利用效率以及培育硼高效作物品种具有重要意义。番茄是世界上栽培最多的水果和蔬菜之一，缺硼严重影响其产量和品质。然而，番茄响应缺硼的机制在很大程度上仍不清楚。

2023年11月，Horticulture Research 上线了（Advance Access）山西农业大学园艺学院徐进教授课题组题为Physiological and molecular bases of the boron deficiency response in tomatoes 的研究论文。该论文通过研究番茄幼苗缺硼响应的生理和分子机制，为构建番茄栽培中的硼营养调控体系提供参考。

研究人员通过WGCNA (加权基因共表达网络分析)，初步解析了番茄根系参与缺硼胁迫的调控网络。从WGCNA中获得12个基因模块 (ME1-ME12) (图1A)。模块间的相关性分析表明，ME7与ME11表现出较强的正相关性，而ME2与ME7、ME9和ME11表现出负相关性 (图1B)。随后，通过分析这些模块 (Q <  0.05) 中的显著模块和GO途径，构建了GO网络图 (图1C)。网络图根据不同的生物学功能分为4个区域，包括糖和氨基酸代谢、信号通路、细胞壁组分和结构、离子转运。

最后，通过生理生化和转录组学分析构建了番茄缺硼响应的分子机制模型（图2）。结果表明：(1) 缺硼诱导氧化损伤，从而抑制植物生长。(2) 缺硼诱导了金属转运蛋白的表达，增加了Cu、Mn和Fe的积累，从而维持了胁迫初期的叶绿素水平和光合效率。(3) 缺硼上调了磷酸戊糖途径相关基因的表达，同时下调了氮代谢相关基因的表达，最终导致代谢重编程。(4) 缺硼下调了根系中参与细胞壁蛋白、角质和木栓质生物合成、纤维素和半纤维素代谢、果胶代谢和木质素代谢相关基因的表达，从而降低了果胶和纤维素的含量并重新修饰了细胞壁果胶网络，最终抑制了根系生长。(5) 缺硼降低了JA、JA - Ile、tZR、ABA、SA和SAG的含量，提高了ACC和iPR的含量，从而改变了植物激素信号途径。综上所述，该研究为我们更加深入地了解番茄响应缺硼的分子机制提供了帮助。

山西农业大学园艺学院硕士研究生李俊俊为论文第一作者，徐进教授为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金（32070314）、山西农业大学科技创新基金项目(2020BQ24) 和山西省基础研究发展计划（自由探索）（20210302124369）等项目的资助。

第一作者介绍

李俊俊，山西农业大学园艺学院硕士研究生在读，致力于园艺作物硼营养吸收与高效利用的研究。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhad229

转自：“园艺研究”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！