苹果MdXTH30基因调控木葡聚糖代谢增强植物抗逆性研究

本研究针对植物非生物胁迫响应机制不清的问题，开展了苹果Xyloglucan endotransferase/hydrolase (XTH)基因家族功能解析。通过克隆MdXTH30基因并构建转基因体系，发现该基因通过调控细胞壁重塑增强植物对干旱、盐胁迫及病原菌的抗性，为作物抗逆育种提供了新靶点。

　　

在气候变化加剧的背景下，干旱、盐碱等非生物胁迫和病原菌侵染对全球农业生产构成严重威胁。作为世界上最重要的水果作物之一，苹果的产量和品质受到这些环境压力的显著影响。植物细胞壁是抵御外界胁迫的第一道屏障，其中木葡聚糖(xyloglucan)作为半纤维素的主要成分，在维持细胞壁结构和功能中起着关键作用。木葡聚糖内转葡糖基酶/水解酶(xyloglucan endotransferase/hydrolase, XTH)是调控木葡聚糖代谢的核心酶类，参与细胞壁的重塑过程。然而，在苹果中关于XTH基因家族功能的研究尚不充分，特别是在非生物胁迫响应机制方面的认识仍存在空白。

为了阐明苹果XTH基因在胁迫应答中的生物学功能，山东农业大学园艺科学与工程学院的研究团队在《Journal of Integrative Agriculture》发表了最新研究成果。该研究从苹果中分离获得MdXTH30基因，通过分子生物学和遗传转化技术揭示了该基因在提高植物抗逆性中的重要作用。

研究人员主要采用基因克隆与表达分析、亚细胞定位、农杆菌介导的遗传转化（包括苹果愈伤组织转基因和拟南芥异源表达系统）以及胁迫相关基因表达检测等关键技术方法。实验材料包括苹果（Malus×domestica）品种和拟南芥野生型及转基因株系。

基因克隆与表达特性分析

通过分子克隆技术获得MdXTH30基因序列，发现该基因能够响应脱落酸(abscisic acid)、NaCl和PEG 6000模拟的干旱胁迫处理。亚细胞定位实验表明MdXTH30蛋白定位于细胞质中，提示其可能通过胞内合成后运输至细胞壁发挥作用。

转基因体系构建与功能验证

利用农杆菌介导的遗传转化技术，成功获得过表达MdXTH30的苹果愈伤组织和拟南芥转基因株系。表型分析显示，与野生型相比，转基因材料在干旱、盐胁迫和病原菌侵染条件下均表现出更强的生存能力。

胁迫响应基因调控机制

通过分子检测发现，MdXTH30通过调控下游胁迫相关基因的表达来增强植物的抗逆性。在转基因苹果愈伤组织和拟南芥中，多个与胁迫响应相关的基因表达水平发生显著变化，形成了复杂的调控网络。

研究结论表明，MdXTH30作为XTH基因家族的重要成员，通过参与细胞壁重塑过程，在植物应对多种环境胁迫中发挥关键作用。该基因能够同时提高植物对干旱、盐胁迫和病原菌的抗性，这种多胁迫抗性特征在作物改良中具有重要价值。讨论部分强调，这项研究不仅为苹果抗逆育种提供了有价值的候选基因，而且从细胞壁生物学层面深化了对植物胁迫响应机制的理解，为未来通过基因工程手段改良作物抗性提供了新思路。研究成果对保障粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。