PCE | 山东农业大学马方放-包志龙联合课题组揭示H2S通过激活呼吸代谢途径中的碳循环增加苹果植株耐盐性

植物耐盐性的分子机制广受关注并已有较为系统的阐述，但植物并非仅仅依赖于某个或某些基因来应对盐胁迫。胁迫下植物代谢会发生复杂多样的变化，与基因相比，代谢与重要农艺性状的相关性更为紧密，但其在耐盐机制中的核心调控机理尚不清楚。化学诱导可以显著提高植物的抗逆性，H2S作为一种气体信号分子，可以特异激活植物抗逆反应。但代谢是否及如何响应H2S信号参与植物的耐盐性有待研究。

近日，山东农业大学园艺科学与工程学院马方放-包志龙联合课题组在Plant, Cell & Environment发表了题为“H2S Improves Salt-stress Recovery via Organic Acid Turn-over in Apple Seedlings”的研究论文，以Malus hupehensis Rehd. var. pingyiensis(平邑甜茶)为试材，利用整株水平的13CO2瞬态标记（transient label）分析初生代谢池中稳定同位素的富集和分配速率，并结合表型分析、靶向代谢组和转录组分析，在木本园艺作物苹果的叶片中证明H2S信号通过激活呼吸代谢途径中有机酸的翻转（turn-over），避免叶片淀粉破坏性降解，自下而上解除了盐胁迫所造成的光合初生代谢的反馈抑制；同时H2S信号还可通过维持较高水平的H2O2激活苹果酸转运蛋白ALMTs(aluminum-activated malate transporters，一类植物特有的阴离子通道)，增加苹果酸和GABA的协同外排，推动盐胁迫下代谢物在初生代谢通路中的循环，避免代谢物无效积累，从而提高植株的耐盐性。

此研究中，针对苹果幼苗的13CO2瞬态标记和分析是较新的尝试，弥补了常规代谢分析仅可体现植物内源代谢物的静态浓度而无法刻画代谢网络受内外因子调控的动态特性的短板。盐胁迫下，与光合作用直接相关的代谢池（metabolic pools）中13CO2的富集程度较对照明显下降；而H2S处理后，13CO2富集的速率和程度均显著提升，说明通过响应H2S信号叶片代谢显著降低了不活跃代谢库的大小 (inactive metabolic pool sizes)。这些inactive metabolic pools包括葡萄糖、果糖和有机酸，是盐胁迫下光合作用受到反馈抑制所形成的代谢物的无效积累，此结果也通过靶向代谢组和转录组分析得到了系统验证。

该研究在生理和生化层面上对盐胁迫下苹果叶片中H2S介导的代谢通路做了细致的量化，并筛选出了若干重要的代谢基因，可应用于改善植物耐盐性的代谢工程研究。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pce.14410

图文来源：植物与环境 PCE公众号

转自：植物生物技术Pbj

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