在自然條件下，限制植物生長(zhǎng)和發(fā)育的非生物脅迫往往不是單一發(fā)生的，它們可以同時(shí)或相繼發(fā)生，并且會(huì)相互影響。盡管每個(gè)單一脅迫都根據(jù)其強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間對(duì)植物產(chǎn)生特定影響。但是當(dāng)不同的脅迫結(jié)合在一起時(shí)，它們之間會(huì)產(chǎn)生協(xié)同或拮抗作用，從而對(duì)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育產(chǎn)生復(fù)雜的影響。例如，例如，高溫增加了氣孔導(dǎo)度以增強(qiáng)蒸騰作用并降低葉片溫度，而水分不足導(dǎo)致氣孔閉合以避免水分過(guò)度流失，導(dǎo)致干旱和熱脅迫期間氣孔調(diào)節(jié)的碰撞。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。當(dāng)植物暴露于高濃度的鹽離子時(shí)，植物會(huì)受到離子中毒的影響。植物遭受鹽離子沖擊會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞和土壤之間的滲透電位梯度增加，進(jìn)而引起新的脅迫反應(yīng)，例如滲透脅迫和氧化損傷。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。熱脅迫會(huì)抑制葉片光合作用，影響碳水化合物的積累和運(yùn)輸。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，開展作物對(duì)鹽害和高溫復(fù)合脅迫響應(yīng)機(jī)制的研究是非常迫切且意義深遠(yuǎn)的。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。
2023年12月6日，國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊The Plant Journal在線發(fā)表了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院蔬菜生理生態(tài)實(shí)驗(yàn)室題為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。該研究比較了不同鹽/熱敏感性的番茄植株在正常、鹽、熱及其組合下的形態(tài)、生理、轉(zhuǎn)錄和代謝變化，闡釋了番茄對(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，篩選獲得了耐鹽/鹽敏感，耐熱/熱敏感的四種基因型番茄，然后對(duì)它們進(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Fv/Fm和H2O2含量，對(duì)進(jìn)行了36小時(shí)脅迫處理的耐鹽基因型番茄植株的轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)實(shí)施研究。研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，在鹽脅迫和復(fù)合脅迫下，所有四個(gè)基因型的株高、干重和凈光合速率都有所下降，而葉片中的Na濃度則有所上升。綜合脅迫下番茄光合參數(shù)和防御酶活性等生理指標(biāo)的變化受相關(guān)基因表達(dá)和關(guān)鍵代謝物積累的調(diào)控。我們篩選了番茄應(yīng)對(duì)鹽熱脅迫的五個(gè)關(guān)鍵通路，如氧化磷酸化（map00190）。復(fù)合脅迫誘導(dǎo)了番茄植株在形態(tài)、生理、轉(zhuǎn)錄和代謝水平上的協(xié)同調(diào)控。在當(dāng)前的鹽害高溫復(fù)合脅迫下，熱脅迫被認(rèn)為是番茄植株的主要脅迫因素。氧化磷酸化途徑在番茄對(duì)復(fù)合脅迫的響應(yīng)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，其中挖掘出的關(guān)鍵基因（如替代氧化酶、Aox1a）需要進(jìn)一步的功能分析。該研究將為研究復(fù)合脅迫和提高番茄耐受性提供寶貴的資源。
不同基因型番茄在單一脅迫和復(fù)合脅迫下的葉綠素因熒光成像結(jié)果。番茄幼苗暗適應(yīng)30分鐘后，使用調(diào)制葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)Maxi-Imaging-PAM（Heinz-Walz，Effeltrich，Germany）在25°C下測(cè)量葉綠素?zé)晒鈪?shù)，測(cè)定了葉片的Fv/Fm，獲得了葉片葉綠素?zé)晒鈭D像。
番茄響應(yīng)高溫鹽害復(fù)合脅迫的系統(tǒng)性機(jī)制
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院李延凱博士為論文第一作者，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-Otto Ottosen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。
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)表多篇高質(zhì)量論文。
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北大荒墾豐種業(yè)-澤泉科技生物技術(shù)與表型服務(wù)中心是由北大荒墾豐種業(yè)股份有限公司和上海澤泉科技股份有限公司共同建設(shè)的開放式高通量植物基因型-表型-育種服務(wù)平臺(tái)。中心建立了基因克隆和載體平臺(tái)、作物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、基因型分析平臺(tái)、表型鑒定分析平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析和利用平臺(tái)等現(xiàn)代化生物技術(shù)和信息支持平臺(tái)，是定位于為植物科研和作物育種提供植物基因型-表型-育種數(shù)據(jù)分析的科研服務(wù)平臺(tái)。
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