硼介导的AsA-GSH循环调控与转录组分析揭示棉花盐胁迫缓解机制

《Plant Physiology and Biochemistry》：Revealing boron-mediated salt stress alleviation in cotton by AsA-GSH cycle and transcriptomic analysis

本研究通过生理和转录组学分析，揭示硼（B）通过调控抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环增强棉花耐盐性的分子机制。研究发现200μM B处理显著提升单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）、谷胱甘肽还原酶（GR）等酶活性，促进AsA合成通路基因（GME、VTC2等）表达，并维持谷胱甘肽（GSH）稳态，有效缓解盐诱导的氧化应激。

　　

Highlight

硼通过调节抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环显著增强棉花对盐胁迫的耐受性。200μM硼处理有效提升类黄酮和抗坏血酸（AsA）含量，激活单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）、谷胱甘肽还原酶（GR）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）和谷胱甘肽S-转移酶（GST）活性，降低活性氧（ROS）积累。转录组分析显示，硼通过调控GDP-甘露醇通路中GME、VTC2、VTC4、GalDH和GalLDH等基因表达促进AsA合成，同时协调谷胱甘肽合成通路中GGT、GGCT、GS和γ-GCS等基因维持谷胱甘肽（GSH）稳态。

Boron concentration affected plant growth and antioxidant system under salt stress

盐胁迫作为一种影响植物生长的非生物胁迫，会破坏正常生理代谢（Munns and Tester, 2008）。我们的研究结果表明，盐胁迫抑制棉花生长，降低叶片和根系生物量，诱导叶片中过量活性氧（ROS）积累，并提升抗氧化酶活性（图1；图S1）。硼（B）作为植物必需的微量营养素，在先前研究中展现出缓解植物盐胁迫的强大潜力（Dong et al., 2021）。然而，硼仅在狭窄浓度范围内发挥有益作用，过高或过低浓度均可能产生毒性效应。本研究中，200μM硼处理显著改善盐胁迫下棉花的生长指标，而500μM处理则出现抑制效应（图1）。值得注意的是，硼通过提升类黄酮和抗坏血酸（AsA）含量增强抗氧化能力，同时调控AsA-GSH循环关键酶（MDHAR、GR、GPX、GST）活性以维持氧化还原平衡。硼还通过减少Na⁺吸收来缓解离子胁迫。

Conclusions

本研究证明硼通过增强类黄酮积累缓解盐胁迫对棉花的负面影响。尤为重要的是，硼通过调节抗坏血酸（AsA）含量和AsA-GSH循环中的酶活性来缓解氧化应激。本研究结合生理学和转录组学方法，系统阐明了硼在AsA-GSH循环层面通过调控AsA合成通路关键基因（GME、VTC2、VTC4、GalDH和GalLDH）表达的作用机制，同时通过协调谷胱甘肽合成通路基因（GGT、GGCT、GS和γ-GCS）维持谷胱甘肽（GSH）稳态。这些发现为利用硼增强作物耐盐性提供了新的理论依据和实践策略。