GhADT5通过调控苯丙氨酸衍生类黄酮生物合成和抗氧化防御增强棉花耐碱胁迫能力

本研究针对棉花耐碱胁迫机制展开深入探索，发现GhADT5基因通过调控苯丙氨酸(Phe)合成途径，影响类黄酮(flavonoid)积累和抗氧化酶(SOD/CAT/POD)活性，从而增强棉花对Na2CO3胁迫的耐受性。研究人员采用VIGS技术沉默GhADT5基因，证实其通过维持ROS稳态和表皮结构完整性来缓解碱胁迫损伤，为作物抗逆育种提供了新靶点。

　　

土壤盐碱化是制约农作物生长的全球性难题，其中碱性盐（Na₂CO₃/NaHCO₃）造成的胁迫比中性盐更为严重。当植物遭遇碱胁迫时，会引发活性氧(ROS)爆发和膜脂过氧化，导致细胞结构损伤。虽然植物进化出了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)等酶促抗氧化系统，以及类黄酮等非酶抗氧化物质来应对胁迫，但棉花耐碱胁迫的具体分子机制仍不明确。中国农业科学院棉花研究所的研究团队在《BMC Plant Biology》发表的研究，揭示了芳香族氨基酸代谢关键酶——预苯酸脱水酶(ADT)在棉花耐碱胁迫中的核心作用。

研究采用生物信息学分析结合实验验证的策略，通过全基因组鉴定获得4个棉种共35个ADT基因，利用病毒诱导基因沉默(VIGS)技术构建GhADT5沉默株系，结合生理指标测定（MDA含量、抗氧化酶活性等）和显微观察（扫描电镜、荧光探针）等方法系统解析其功能。

GhADT基因家族特征分析

通过比较基因组学发现，陆地棉(G. hirsutum)含11个GhADT基因，系统进化分析将其分为4个亚群。启动子顺式元件分析显示，ADT基因含有大量响应脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)等激素的调控元件，部分基因还携带类黄酮合成相关元件，暗示其可能参与次生代谢调控。

GhADT5的耐碱胁迫功能验证

在50 mmol/L Na₂CO₃处理下，耐碱品种中9807的GhADT5表达量较敏感品种2010XT显著升高。VIGS沉默该基因后，植株出现叶片萎黄加剧的表型，同时伴随以下变化：

1. 苯丙氨酸含量下降58%，类黄酮积累减少42%

2. SOD、CAT活性分别降低37%和29%

3. ROS荧光强度增加2.1倍，MDA含量上升63%

4. 气孔开度减小41%，表皮细胞出现不规则断裂

作用机制模型

研究提出"苯丙氨酸-类黄酮-抗氧化"级联反应模型：GhADT5通过催化预苯酸生成苯丙氨酸，促进类黄酮合成，一方面直接清除ROS，另一方面维持抗氧化酶活性，从而保护气孔正常开闭和细胞结构完整。

该研究首次阐明ADT家族基因在作物抗逆中的双重调控作用，不仅为棉花耐碱育种提供分子标记GhADT5，其揭示的代谢通路调控策略也可拓展至其他经济作物。值得注意的是，表皮腺体破裂现象提示ADT可能还参与棉酚等次生代谢物合成，这为后续研究指明了新方向。