青岛农大揭示褪黑素缓解苹果铝胁迫

2023年6月13日，青岛农业大学园艺学院王彩虹教授课题组在Plant Physiology（一区Top期刊，IF 8.005）在线发表了题为“Melatonin promotes Al3+ compartmentalization via H+ transport and ion gradients in Malus hupehensis”的研究论文。该研究报道褪黑素通过调控液泡H+/Al3+交换和维持细胞质H+稳态来提高苹果耐铝性，系统揭示了MT-STOP1+NAC2-NHX2/ALS3-vacuolar H+/Al3+的分子调控网络。本研究为提高苹果耐铝性和褪黑素在农业上的应用提供了重要依据。青岛农业大学园艺学院郑晓东教授为论文的通讯作者，王彩虹教授和硕士研究生边传杰为论文的共同第一作者，田义轲教授、马长青博士、孙志娟博士和刘晓丽博士等也参与了本研究。

高投入高产出的果园生产模式中化学肥料的过度施用导致苹果产区土壤酸化和铝毒效应日趋严重。褪黑素（melatonin，MT）是一种吲哚杂环类化合物，在调控植物响应非生物胁迫过程中发挥重要作用。目前，MT在苹果响应酸铝胁迫过程中的作用未知。该研究报道MT可通过调控液泡H+/Al3+交换和维持细胞质H+稳态来提高苹果的耐铝性，并通过转录组数据分析筛选出了共响应MT和AlCl3胁迫的关键转录因子SENSITIVE TO PROTON RHIZOTOXICITY 1（MdSTOP1），在苹果中超表达MdSTOP1，同样可通过促进液泡H+/Al3+交换和细胞质中H+的外排来提高苹果对铝胁迫的耐受性。此外，该研究鉴别出了受MdSTOP1调控的下游Al3+转运蛋白基因ALUMINUM SENSITIVE 3 (MdALS3)和H+转运蛋白基因SODIUM HYDROGEN EXCHANGER 2 (MdNHX2)。褪黑素可以通过促进MdSTOP1与转录因子MdNAC2的互作，增强MdSTOP1对MdALS3表达的调控，将细胞质中Al3+转运到液泡中，以减轻细胞受到的铝毒害。同时，MdSTOP1与MdNAC2共调控MdNHX2的表达，通过调控液泡H+的外排形成离子梯度，从而促进Al3+的内流并维持液泡离子平衡。综上所述，该研究结果揭示了苹果MT-STOP1+NAC2-NHX2/ALS3-液泡H+/Al3+交换应答铝胁迫的分子机制，为褪黑素在农业中的应用提供了重要依据。

本研究得到了国家自然科学基金、山东省果品创新团队项目和山东省高等学校青创人才引育计划项目等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiad339

转自：“iPlants”微信公众号

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