南京農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜生理生態(tài)實(shí)驗(yàn)室在番茄復(fù)合脅迫響應(yīng)研究方面取得新進(jìn)展

　　農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，鹽害、高溫、干旱等非生物脅迫常常同時(shí)或相繼發(fā)生，給作物生長(zhǎng)帶來(lái)嚴(yán)重威脅。近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜生理生態(tài)實(shí)驗(yàn)室對(duì)作物生長(zhǎng)中非生物復(fù)合脅迫響應(yīng)機(jī)制的研究取得兩項(xiàng)成果，分別揭示了世界第一大蔬菜作物番茄對(duì)鹽害高溫復(fù)合脅迫的系統(tǒng)性響應(yīng)過(guò)程，與番茄葉片和花對(duì)高溫干旱復(fù)合脅迫的差異化響應(yīng)機(jī)制。

 

　　鹽害是對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響并降低全球作物產(chǎn)量的主要非生物脅迫之一。隨著全球氣溫的升高，高溫脅迫發(fā)生的頻率與強(qiáng)度不斷增加。更重要的是，受鹽堿化影響的大面積農(nóng)田也會(huì)同時(shí)受到高溫脅迫的影響。因此，有必要開(kāi)展作物對(duì)鹽害和高溫復(fù)合脅迫響應(yīng)機(jī)制的研究。番茄是世界第一大蔬菜作物，栽培過(guò)程中同樣受鹽害高溫復(fù)合脅迫的影響，研究其對(duì)鹽害高溫復(fù)合脅迫的響應(yīng)和調(diào)控機(jī)制備受關(guān)注。

 

　　南京農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜生理生態(tài)實(shí)驗(yàn)室在The Plant Journal在線(xiàn)發(fā)表了題為Synergistic regulation at physiological, transcriptional, and metabolic levels in tomato plants subjected to a combination of salt and heat stress的研究論文，報(bào)道了番茄對(duì)鹽害高溫復(fù)合脅迫的系統(tǒng)性響應(yīng)過(guò)程。

 

　　該研究從實(shí)驗(yàn)室保存的大量番茄種質(zhì)資源中，篩選獲得四種番茄基因型（耐鹽/鹽敏感，耐熱/熱敏感）進(jìn)行鹽脅迫、熱脅迫、鹽熱復(fù)合脅迫處理，比較了它們的形態(tài)和生理反應(yīng)變化。根據(jù)葉片F(xiàn)v/Fm和H2O2含量，確定了不同類(lèi)型脅迫處理36 h進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)分析，深入解析了番茄應(yīng)對(duì)鹽害高溫復(fù)合脅迫的系統(tǒng)性調(diào)控機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脅迫相關(guān)基因的大量轉(zhuǎn)錄和表達(dá)導(dǎo)致植物中代謝產(chǎn)物（如可替寧葡糖苷酸）發(fā)生了顯著變化，主要體現(xiàn)在代謝產(chǎn)物降解加速、合成減緩以及特定物質(zhì)的產(chǎn)生。不利的代謝物變化導(dǎo)致植物膜系統(tǒng)、抗氧化防御酶系統(tǒng)和光合系統(tǒng)受損，最終造成植株高度和生物量顯著降低。

 

　　南京農(nóng)業(yè)大學(xué)在讀博士生李延凱為論文第一作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)吳震教授和周蓉副教授為共同通訊作者。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)蔣芳玲教授、華北理工大學(xué)宋小明教授、美國(guó)密蘇里大學(xué)Ron Mittler教授、丹麥奧胡斯大學(xué)Carl-OttoOttosen教授及哥本哈根大學(xué)Eva Rosenqvist副教授等參與了該工作。該研究得到江蘇省種業(yè)振興揭榜掛帥項(xiàng)目、國(guó)家農(nóng)業(yè)重大科技專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)啟動(dòng)基金的資助。

 

　　全文鏈接：https://doi.org/10.1111/tpj.16580

 

　　高溫和干旱脅迫同時(shí)發(fā)生對(duì)作物的生長(zhǎng)帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在高溫干旱復(fù)合脅迫下，氣孔面臨著關(guān)閉以保持水分，還是打開(kāi)以促進(jìn)蒸發(fā)冷卻的兩難選擇。近日，蔬菜生理生態(tài)實(shí)驗(yàn)室與丹麥奧胡斯大學(xué)Plant, Food and Climate課題組的合作成果‘Stomatal effects and ABA metabolism mediate differential regulation of leaf and flower cooling in tomato cultivars exposed to heat and drought stress’在Journal of Experimental Botany在線(xiàn)發(fā)表，揭示了番茄葉片和花對(duì)高溫干旱復(fù)合脅迫的差異化響應(yīng)機(jī)制。

 

　　該研究以番茄為對(duì)象，闡明了單一和復(fù)合高溫干旱脅迫下葉片和花的氣孔調(diào)節(jié)規(guī)律。脅迫下，葉片氣孔主要受干旱影響，氣孔密度降低，氣孔關(guān)閉，導(dǎo)致光合作用顯著降低，葉溫升高。相反，萼片上的氣孔主要受到脅迫期間高溫的影響。葉片和花器官氣孔調(diào)節(jié)的差異模式與氣孔密度的差異模式持續(xù)到恢復(fù)階段。我們發(fā)現(xiàn)，在脅迫條件下，花器官的蒸騰受溫度的調(diào)節(jié)，而葉片的蒸騰受土壤水分有效性的調(diào)節(jié)，氣孔發(fā)育和ABA代謝的器官特異性模式介導(dǎo)了這一現(xiàn)象。本研究揭示了氣孔在營(yíng)養(yǎng)器官和生殖器官的耐熱性和耐旱性中的雙重作用，并證明了在脅迫下氣孔表型分析中考慮花器官的重要性。

 

　　丹麥奧胡斯大學(xué)博士生Nikolaj Bjerring Jensen為論文第一作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜生理生態(tài)實(shí)驗(yàn)室周蓉副教授為通訊作者。捷克帕拉茨基大學(xué)Ond?ej Vrobel、Nuria De Diego和Petr Tarkowski、奧胡斯大學(xué)Carl-OttoOttosen教授等參與了該工作。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年科學(xué)家項(xiàng)目、奧胡斯大學(xué)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)、江蘇省種業(yè)振興揭榜掛帥項(xiàng)目、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、捷克共和國(guó)農(nóng)業(yè)部等項(xiàng)目的資助。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1093/jxb/erad498

 

　　近年來(lái)，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜生理生態(tài)實(shí)驗(yàn)室主要以番茄為研究對(duì)象，在收集千余份種質(zhì)資源的基礎(chǔ)上，深入解析番茄耐逆（高溫、干旱、鹽害、澇害等）和品質(zhì)（耐裂果、高糖）等關(guān)鍵性狀的調(diào)控機(jī)理，在Plant Cell and Environment、Horticulture Research、Environmental and Experimental Botany、Plant Physiology and Biochemistry、Scientia Horticulture等主流雜志上發(fā)表多篇論文。