甜瓜铜耐受基因CmCt的克隆与功能解析：非特异性脂质转移蛋白介导的抗氧化防御新机制

本研究针对铜制剂喷洒导致的甜瓜叶片毒害问题，通过构建铜敏感型(M625)与耐受型(M972)遗传群体，结合BSA-seq技术将关键基因CmCt精确定位于5号染色体29.05 kb区间，证实该基因编码的nsLTP蛋白通过内质网定位调控ROS清除及JA/SA激素通路，为作物重金属耐受育种提供新靶点。

　　

铜元素在农业生产中是一把双刃剑。作为植物必需的微量元素，它参与光合作用、抗氧化系统及木质素合成等关键生理过程。然而随着现代农业中铜制剂杀菌剂的广泛使用，作物叶片铜毒害现象日益严重，尤其对甜瓜这类经济作物造成显著产量损失。更棘手的是，不同甜瓜品种对铜胁迫的耐受能力存在显著差异，但其分子机制尚不明确。

针对这一产业痛点，新疆农业科学院的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表重要成果。研究采用正向遗传学策略，通过构建铜敏感材料M625与耐受材料M972的遗传群体，结合BSA-seq批量分离分析、亚细胞定位等关键技术，在1200个F₂
代个体中完成基因精细定位。生理层面系统检测了铜胁迫下ROS积累、抗氧化酶活性及激素水平变化，并通过透射电镜观察细胞超微结构差异。

植物材料与表型分析
通过喷洒2 g/L Cu(OH)₂
溶液证实，耐受型材料M972的叶片损伤指数显著低于敏感型M625，且前者能维持更完整的叶肉细胞结构，栅栏组织排列紧密。

基因定位与克隆
BSA-seq将候选区间缩小至5号染色体29.05 kb，区间内仅MEL03C031073.2基因在亲本间存在非同义突变。该基因编码非特异性脂质转移蛋白(nsLTP)，被命名为CmCt（Cucumis melo Copper tolerance）。

分子机制解析
亚细胞定位显示CmCt定位于内质网(ER)。铜胁迫下，耐受型材料中该基因表达量显著上调，伴随POD活性持续升高，而CAT和SOD活性呈先升后降趋势。JA和SA含量变化与铜耐受表型显著相关。

自然群体验证
在54个甜瓜种质资源中，CmCt基因型与铜耐受表型高度一致，其编码蛋白的氨基酸变异直接影响功能。

这项研究首次揭示nsLTP家族蛋白在作物重金属耐受中的新功能，阐明了内质网介导的铜解毒通路。从应用角度看，CmCt基因标记可用于甜瓜抗铜育种，减少铜制剂使用造成的产量损失。更深远的意义在于，该发现为其他作物重金属耐受机制研究提供了范式，对发展环境友好型农业具有重要启示。

论文特别指出，铜耐受材料通过"抗氧化酶活性动态调节"策略应对胁迫：早期激活CAT/SOD清除超氧阴离子，后期依赖POD持续消除H₂
O₂
，这种时序性调控可能是其耐受关键。而JA/SA激素通路的协同激活，则构成了铜胁迫响应的第二道防线。这些发现为理解植物重金属应激反应的分子网络提供了新视角。