富士苹果锰胁迫响应的生理与转录组机制：MdABR1介导的解毒途径解析

针对锰(Mn)毒害严重制约苹果产量和品质的问题，本研究以'富士'苹果幼苗为材料，通过生理-转录组联合分析揭示：Mn胁迫导致H2O2积累和光合损伤，激活SOD/POD/CAT抗氧化系统；首次发现AP2/ERF家族的MdABR1通过调控苯丙烷生物合成和细胞壁重塑通路减轻Mn毒害，为培育抗逆品种提供新靶点。

　　

在酸性土壤持续扩大的背景下，锰(Mn)毒害已成为制约全球农业生产的重要障碍。据统计，超过30%的耕地面临Mn²⁺生物有效性升高的威胁，而作为重要经济作物的苹果对此尤为敏感——叶片失绿、根系褐变和光合效率下降等问题，每年造成巨大的经济损失。更严峻的是，Mn在土壤中的持久性积累可能引发长期的生态连锁反应，威胁农业可持续发展。尽管草本植物的Mn胁迫响应机制已有较多研究，但木本果树特别是苹果的分子应答机制仍是未解之谜。

山东省自然科学基金资助项目的研究团队选择市场主栽但Mn敏感的'富士'苹果为研究对象，通过整合生理学与转录组学手段，系统解析了苹果应对Mn胁迫的"防御密码"。这项发表在《Plant Science》的研究首次揭示了AP2/ERF转录因子家族成员MdABR1在苹果Mn解毒中的核心作用，为抗逆育种提供了理论依据和关键靶基因。

研究采用水培体系建立Mn胁迫模型（0-5 mM MnSO₄），通过ICP-MS测定元素含量，结合光合仪和酶标仪分析生理指标，利用Illumina平台进行转录组测序(RNA-seq)，并采用酵母异源表达和烟草瞬时转化验证基因功能。所有实验均采用组织培养的'富士'苹果无菌苗以保证材料一致性。

【Mn胁迫显著增加Mn生物积累并导致营养失衡】
随着Mn浓度升高，苹果幼苗中Mn积累量呈剂量依赖性增加23.7倍（5mM组），同时引发Zn、Ca等必需元素的吸收障碍。特别值得注意的是，Fe含量在2mM Mn时骤降47.8%，这种"Mn-Fe拮抗效应"直接导致叶片黄化。

【Mn胁迫诱导氧化应激与光合系统损伤】
Mn过量使H₂O₂含量激增3.2倍，触发SOD、CAT等抗氧化酶活性上调（最高达2.1倍）。叶绿素a/b和类胡萝卜素分别减少58.3%和39.7%，伴随Fv/Fm（最大光化学效率）下降41.5%，揭示光合机构遭受严重破坏。

【转录组分析揭示关键解毒通路】
RNA-seq鉴定出458个差异基因(DEGs)，GO富集显示"苯丙烷代谢过程"和"细胞壁组织"显著激活。KEGG分析发现木质素单体合成通路中PAL、4CL等基因上调，暗示细胞壁通过木质化固定过量Mn。金属转运蛋白NRAMP和ZIP家族成员表达变化提示离子稳态重构。

【MdABR1的功能验证】
从AP2/ERF家族筛选出的MdABR1在酵母中表达可降低Mn敏感性62%，烟草瞬时过表达证实其能调控GST（谷胱甘肽转移酶）等解毒基因。分子对接预测MdABR1可能结合Mn转运蛋白启动子的GCC-box顺式元件。

讨论部分指出，该研究首次构建了苹果响应Mn毒害的系统模型：短期通过细胞壁重塑和液泡区隔化隔离Mn²⁺，长期依赖MdABR1调控的抗氧化网络和苯丙烷代谢实现解毒。相较于以往侧重生理响应的研究，该工作从转录调控层面揭示了木本果树的重金属抗性机制，不仅为培育抗Mn苹果砧木提供分子标记，其发现的AP2/ERF家族参与重金属应激的规律，对其它作物抗逆研究也具有借鉴意义。作者建议未来可通过CRISPR编辑MdABR1启动子区域，进一步优化其表达模式以增强田间适应性。