山东农业大学揭示褪黑素调控番茄耐盐碱的重要生理途径

土壤盐碱化是全球范围内农业生产的重要限制因素，盐碱土是盐土和碱土的统称，盐土主要以积累Na+、Cl-、SO42-离子等为主，而碱土中除了上述离子，还包含HCO3-和CO32-。以往关于植物适应中性盐胁迫的研究已取得较大的进展，而关于植物对碱性盐胁迫耐性的调控研究较少。褪黑素是近几年广受关注的生长调节物质，在调控植物对生物和非生物胁迫的适应性中发挥重要的作用。

2019 年7 月，山东农业大学园艺科学与工程学院史庆华团队在《Plant & Cell Physiology》发表了题为“Using transcriptome to discover a novel melatonin-induced sodic alkaline stress resistant pathway in Solanum lycopersicum L.”的研究论文，揭示了褪黑素调控番茄耐盐碱的新途径。该研究首先利用转录组测序的方法，筛选到6 个可能在褪黑素提高番茄耐盐碱中发挥作用的转录因子，然后采用VIGS 技术发现，DREB1α 和IAA3 被抑制表达后，番茄植株中Na+积累显著增加，K+显著降低，并且显著抑制了褪黑素对番茄盐碱胁迫的缓解效果；IAA3 表达的抑制对DREB1α 表达无显著影响，而抑制DREB1α 表达则显著降低了IAA3 的表达量。进一步研究发现，DREB1α 和IAA3 的沉默导致了离子转运相关的基因表达量下调、番茄根系中苹果酸和柠檬酸积累显著下降，叶片水分散失率显著增加以及氧化胁迫加重。该研究还发现，DREB1α 可以直接与IAA3 的启动子结合，是其调控IAA3 表达的重要机制。总之，该研究发现了DREB1α 和IAA3 介导褪黑素调控番茄耐盐碱的生理途径，揭示了褪黑素对离子平衡、水分平衡、酸碱平衡和氧化还原平衡的系统调控是其提高番茄耐盐碱能力的重要机制。