本網(wǎng)訊 低溫和干旱是限制茶樹(shù)生長(zhǎng)、生存和地理分布的重要環(huán)境因子。雖然植物抗寒和抗旱單一脅迫應(yīng)答機(jī)制已被廣泛研究，而在低溫與干旱同時(shí)發(fā)生時(shí)，不同逆境間的信號(hào)會(huì)發(fā)生交流，導(dǎo)致其機(jī)制研究變得非常復(fù)雜。目前僅有極少量物質(zhì)被證明可以整合植物干旱與低溫，如ABA，而其他次生代謝產(chǎn)物在植物兩種脅迫互作中的作用仍不清楚。
近日，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹(shù)生物學(xué)與資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋傳奎教授團(tuán)隊(duì)在植物學(xué)經(jīng)典權(quán)威期刊Plant Physiology在線(xiàn)發(fā)表了一篇題為 “(Z)-3-hexenol integrates drought and cold stress signaling by activating abscisic acid glucosylation in tea plants”的研究論文，揭示了順-3-己烯醇通過(guò)糖苷化整合低溫及干旱兩種逆境脅迫，為揮發(fā)物質(zhì)介導(dǎo)的低溫和干旱脅迫應(yīng)答機(jī)制提供了新見(jiàn)解。
課題組前期發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性物質(zhì)在茶樹(shù)抗寒（Zhao et al., New Phytologist 2020；Zhao et al., JIPB 2020）與抗旱（Jin et al., Horticulture Research 2021）中發(fā)揮重要作用，而揮發(fā)性物質(zhì)能否調(diào)控低溫與干旱兩種脅迫交流仍不清楚。為證明揮發(fā)性物質(zhì)是否可以整合多重逆境脅迫響應(yīng)通路，作者設(shè)計(jì)了低溫、干旱脅迫下香氣物質(zhì)交流裝置，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)低溫誘導(dǎo)的揮發(fā)性物質(zhì)有效提高茶樹(shù)在低溫下的抗旱能力（圖1）。
隨后，作者又通過(guò)受體茶樹(shù)相關(guān)基因表達(dá)與代謝積累情況分析，發(fā)現(xiàn)低溫誘導(dǎo)的揮發(fā)性物質(zhì)可誘導(dǎo)干旱條件下茶樹(shù)中ABA及可溶性糖的積累。為了弄清哪些揮發(fā)性物質(zhì)可參與兩種脅迫下的交流，作者又對(duì)低溫誘導(dǎo)釋放的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行定性定量分析，結(jié)合單一揮發(fā)性物質(zhì)暴露及抗性相關(guān)指標(biāo)測(cè)定，發(fā)現(xiàn)低溫誘導(dǎo)的順-3-己烯醇可整合茶樹(shù)低溫和干旱兩種脅迫。進(jìn)一步地，作者又發(fā)現(xiàn)低溫與干旱兩種逆境可誘導(dǎo)順-3-己烯醇的產(chǎn)生。通過(guò)抑制茶樹(shù)中順-3-己烯醇合成基因（乙醇脫氫酶）表達(dá)，抑制逆境條件下順-3-己烯醇的產(chǎn)生，顯著降低茶樹(shù)低溫條件下的抗旱能力；而外源噴施順-3-己烯醇，可顯著提高盆栽茶樹(shù)在低溫下的抗寒能力（圖2）。
為進(jìn)一步解析順-3-己烯醇是如何通過(guò)代謝調(diào)控茶樹(shù)低溫和干旱脅迫的分子機(jī)制，作者通過(guò)基因沉默技術(shù)，阻斷了順-3-己烯醇糖苷化（UGT85A53）與乙?；–HAT）途徑，發(fā)現(xiàn)沉默UGT85A53，可顯著降低茶樹(shù)干旱條件下ABA及可溶性糖的積累，并嚴(yán)重削弱茶樹(shù)的抗旱性（圖3）。在茶樹(shù)中，糖基轉(zhuǎn)移酶UGT85A53被證明具有催化順-3-己烯及ABA糖苷化的雙重功能，推測(cè)順-3-己烯醇可能通過(guò)誘導(dǎo)UGT85A53的表達(dá)影響ABA穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而影響茶樹(shù)抗旱能力。為證實(shí)這一推測(cè)，作者又通過(guò)順-3-己烯醇暴露及ABA合成途徑阻斷技術(shù)，闡明了順-3-己烯醇通過(guò)UGT85A53介導(dǎo)的ABA糖苷化合成整合茶樹(shù)低溫和干旱兩種脅迫的分子機(jī)制（圖4）。
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹(shù)生物學(xué)與資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生靳潔陽(yáng)為論文第一作者，宋傳奎教授為該論文通訊作者，慕尼黑工業(yè)大學(xué)Wilfried Schwab教授、安徽農(nóng)大荊婷婷等也參與了此項(xiàng)工作。研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
