近日，園藝科學與工程學院鞏彪教授團隊在《New Phytologist》在線發表了題為“S-nitrosylation of ACO homolog 4 improves ethylene synthesis and salt tolerance in tomato”的研究論文。揭示了一氧化氮（NO）通過S-亞硝基化ACC氧化酶同系物4（ACOh4）蛋白，增強番茄乙烯合成和鹽堿抗性的分子機制。

據FAO統計，全球有超過10億公頃的鹽漬化土地，約占世界總耕地面積的24%。中國鹽堿地總面積約9900萬公頃，世界排名第三。這些鹽堿地尚未有效利用，是農業發展的巨大潛力資源。除了天然鹽堿土，我國還有3600萬公頃的次生鹽漬化土地。如何釋放鹽堿地的生產潛力？這不僅是國際上的前沿和重點科學問題，也是踐行黃河流域高質量發展和大食物觀的具體措施。番茄是全球廣泛栽培的重要蔬菜作物之一，起源于南美洲安第斯山地區，野生番茄能夠在鹽分較高的土壤環境下生長。雖然栽培番茄在馴化過程中丟失了部分耐鹽基因，但其仍具有較好的耐鹽遺傳改良潛質。鑒定耐鹽基因和信號通路，解析生化功能和分子機制，是創制番茄耐鹽新種質的重要生物學基礎。

NO和乙烯是植物逆境響應的重要信號分子，調控包括鹽堿在內的多重非生物脅迫抗性。NO和乙烯信號間既存在相互誘導，又存在相互拮抗的關系，其決定于植物的組織器官、發育時期和生存環境。目前，鹽堿脅迫下植物NO和乙烯信號的產生、相互作用及功能尚不明確，二者信號互作間缺乏直接的分子證據。本研究以鹽堿脅迫下番茄NO和乙烯信號的產生為切入點，得到以下結論：

（1）鹽堿脅迫能誘導番茄根系產生NO和乙烯信號，且乙烯的產生部分依賴于NO。

（2）NO和乙烯信號均有利于提高番茄的鹽堿抗性，且NO作為乙烯的上游信號發揮功能。

（3）通過乙烯合成相關酶的活性分析，發現鹽堿誘導NO信號調控乙烯合成的關鍵靶標是ACC氧化酶（ACO）。

（4）鹽堿誘導的NO可通過S-亞硝基化ACOh4的Cys-172來提高其酶活性，促進乙烯合成。

（5）鹽堿誘導的NO還可以通過激活ACOh4基因的表達來增強乙烯合成。

（6）抑制表達ACOh4能顯著降低番茄根系乙烯的合成和鹽堿抗性，這與ACOh4調控的根系Na+、H+外排和植株K+-Na+平衡有關。

圖1. 本研究的機理模型

綜上所述，本研究首次闡明了鹽堿脅迫下NO誘導乙烯合成的關鍵酶（ACOh4）及其調控機制，并解析了NO和乙烯在調控番茄鹽堿抗性中的相互作用關系和分子生理功能。研究成果可為番茄耐鹽堿品種遺傳改良和耐鹽堿化控栽培技術研發提供理論依據。

該研究得到了國家自然科學基金和山東省重點研發項目的資助。

論文鏈接：http://doi.org/10.1111/nph.18928

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波