ABA通过XsMYB30调控文冠果叶片蜡质积累与抗旱性的分子机制解析

本研究针对文冠果(Xanthoceras sorbifolium)抗旱机制中ABA与蜡质合成的互作关系这一科学问题，通过分子生物学与遗传学方法揭示了XsMYB30转录因子通过直接激活XsNCED3表达促进ABA生物合成，进而调控角质层蜡质积累和气孔开闭的双重抗旱机制。该发现为木本植物抗旱育种提供了新靶点和理论依据，对保障干旱地区生态安全与经济发展具有重要意义。

　　

在我国北方干旱半干旱地区，一种名为文冠果的特色木本油料树种正面临着严峻的生存挑战。这种被誉为"北方油茶"的植物其种子富含珍贵的神经酸，但干旱胁迫却严重制约着它的产量和分布范围。就像人类在沙漠中需要防护服一样，植物也演化出了特殊的"防护服"——覆盖在叶片表面的角质层蜡质。这种由超长链脂肪酸及其衍生物构成的物理屏障，能有效减少非气孔性水分散失，是植物应对干旱的重要策略。

与此同时，植物激素脱落酸(ABA)作为干旱应答的"信号兵"，在调控气孔关闭、激活抗旱基因表达等方面起着核心作用。虽然前人研究发现ABA含量与蜡质积累存在正相关，但这两个系统之间如何协同作战的分子机制却始终迷雾重重。更令人困惑的是，在文冠果中高蜡品种"中石4号"不仅蜡质含量高，ABA水平和XsMYB30转录因子表达量也显著高于低蜡品种，这暗示着三者之间可能存在某种内在联系。

为了解开这个谜团，中国林业科学研究院林业研究所的研究团队在《Horticultural Plant Journal》上发表了最新研究成果。他们采用分子生物学、生物化学和遗传学等多学科交叉方法，以文冠果和84K杨转基因植株为材料，通过qRT-PCR、电泳迁移率实验(EMSA)、酵母单杂交(Y1H)、双荧光素酶报告系统等技术手段，结合扫描电镜(SEM)观察和生理指标测定，系统揭示了XsMYB30介导的ABA生物合成与蜡质积累协同调控抗旱性的分子网络。

研究首先证实了ABA对蜡质积累的正向调控作用。通过比较高蜡品种"中石4号"和低蜡品种"中石9号"，发现前者具有更高的ABA含量和蜡质沉积。使用ABA合成抑制剂Fluridone(Flu)处理后，"中石4号"叶片ABA含量显著降低，蜡质晶体数量和总量明显减少，叶片出现黄化现象，这直接证明了ABA在文冠果叶片蜡质生物合成中的积极作用。

3.2. XsMYB30促进干旱条件下ABA的合成

研究人员发现XsMYB30不仅受ABA诱导表达，还能反向调控ABA生物合成。在干旱胁迫下，过表达XsMYB30的转基因杨树ABA含量显著高于野生型，而使用Flu抑制ABA合成后，这种差异消失。更有趣的是，XsMYB30过表达株系在干旱条件下气孔开度更小，且气孔周围有蜡质附着，进一步减小了气孔有效开口面积。蒸腾速率测定显示转基因植株水分流失更慢，即使在使用Flu处理后，由于蜡质附着的影响，其蒸腾速率仍低于野生型。

3.3. XsMYB30结合NCED3启动子促进其表达

通过DAP-seq技术筛选出XsMYB30在ABA通路中的40个结合 motif，其中11个分布在启动子区。MEME分析显示主要结合 motif 包含(G/A)(G/T)T(A/T)G(G/T)T(G/A)核心元件。从7个基因对应的8个motif中筛选出3个可能靶基因，包括ABA合成关键基因XsNCED3。EMSA和Y1H实验证实XsMYB30能直接结合XsNCED3启动子，双荧光素酶报告系统显示XsMYB30可激活XsNCED3启动子活性。在文冠果叶片中瞬时过表达XsMYB30能显著提高XsNCED3表达水平，而抑制XsMYB30表达则降低XsNCED3表达。

3.4. ABA参与XsMYB30介导的蜡质积累

干旱处理增加了野生型和XsMYB30过表达杨树叶片的蜡质积累，且过表达株系蜡质含量始终高于野生型。当使用Flu抑制ABA合成后，过表达株系的蜡质总量和晶体数量显著减少。蜡质合成相关基因(PagKCS12、PagFAR4、PagCER1和PagLTP1)在过表达株系中显著上调，但在Flu处理下表达水平下降。文冠果叶片瞬时转化实验表明，过表达XsMYB30使蜡质含量提高约1.6倍，而抑制XsNCED3或XsMYB30表达均降低蜡质含量，且抑制XsNCED3可逆转XsMYB30过表达带来的蜡质增加。

3.5. ABA参与XsMYB30介导的干旱耐受性

表型观察发现，干旱处理3周后野生型杨树出现萎蔫，而过表达株系直到5周才出现萎蔫。在干旱和Flu双重处理下，过表达株系萎蔫程度比单独干旱处理更严重。虽然过表达株系在干旱或双重处理下株高显著高于野生型，但Flu处理显著降低了过表达株系在干旱条件下的存活率。过表达株系叶片面积较小，叶绿素和脯氨酸(Pro)含量较高，丙二醛(MDA)含量和失水率较低。抑制XsNCED3表达的文冠果叶片失水率显著增高，干旱条件下MDA含量升高，Pro含量和POD活性降低。

该研究最终揭示了一个精妙的分子调控网络：干旱胁迫诱导XsMYB30表达，其通过直接结合XsNCED3启动子激活ABA生物合成；ABA一方面促进XsMYB30表达形成正反馈循环，另一方面调控蜡质合成基因表达和气孔开闭，双重保障减少水分流失。这一发现不仅阐明了ABA在XsMYB30介导的蜡质积累和抗旱性中的核心作用，还为木本植物抗旱育种提供了重要的靶基因和理论依据。通过遗传改良同时调控蜡质合成和ABA信号通路，有望培育出具有更强抗旱性的文冠果新品种，对于保障干旱地区生态安全和经济发展具有重要战略意义。