番茄果实外果皮特异性表达真菌角质酶重塑角质层超微结构、化学组成与纳米力学特性

来自国际植物科学领域的研究团队针对果实角质层(Cuticle)生物合成与组装机制这一关键科学问题，通过构建外果皮特异性表达镰刀菌(Fusarium oxysporum)角质酶(Cutinase)的转基因番茄(Solanum lycopersicum)，系统揭示了酯键断裂诱导的蜡质(Wax)、角质(Cutin)和木栓质(Suberin)比例重构对果实角质层超微结构、化学组分及纳米力学性能的调控机制。该研究为作物抗逆性改良提供了新思路。

　　

植物果实表面那层看似普通的"外衣"——角质层(Cuticle)，实则是调控水分/气体交换的智能屏障，更是抵御生物胁迫和环境压力的第一道防线。这项突破性研究通过基因工程手段，让番茄外果皮特异性地表达镰刀菌的"分子剪刀"角质酶(Cutinase)，这把酶学剪刀专门剪切角质聚合物(Cutin)中C₁₆和C₁₈ ω-羟基脂肪酸间的酯键。

令人惊讶的是，这种看似"破坏性"的操作竟引发了角质层的华丽变身：转基因番茄不仅没有出现预期中的角质层变薄，反而沉积出更厚的保护层，其中角质和蜡质(Wax)含量显著增加，表面还形成了特征性的裂纹和木栓化伤口周皮。通过多学科交叉研究手段，包括高分辨显微成像、化学指纹分析、原子力显微镜纳米压痕等技术，研究者发现这些"改装版"角质层展现出更强的表面粗糙度、弹性模量和粘附力。

更引人入胜的是，这种结构重塑伴随着基因表达谱的广泛重编程，最终导致角质层相态和渗透性的显著改变。这项研究就像解开了一个精妙的植物"纳米防护服"设计密码，为未来创制具有定制化表面特性的农作物提供了理论蓝图。