《Journal of Plant Physiology》：The SPL transcription factor
MdSPL2 positively regulates drought tolerance in apple
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摘要SQUAMOSA启动子结合蛋白样蛋白（SPL）转录因子在植物非生物胁迫中发挥着关键作用。本研究从苹果中分离了MdSPL2基因。在拟南芥中外源表达MdSPL2可赋予增强的耐旱能力。在干旱胁迫下，观察到丙二醛（MDA）含量降低以及活性氧（ROS）积累减少。与此同时，苹果愈伤组
摘要
SQUAMOSA启动子结合蛋白样蛋白（SPL）转录因子在植物非生物胁迫中发挥着关键作用。本研究从苹果中分离了MdSPL2基因。在拟南芥中外源表达MdSPL2可赋予增强的耐旱能力。在干旱胁迫下，观察到丙二醛（MDA）含量降低以及活性氧（ROS）积累减少。与此同时，苹果愈伤组织、番茄幼苗和苹果组培苗中外源过表达MdSPL2后，均表现出显著降低的干旱敏感性。MdSPL2被证明通过调节ROS的产生在耐旱中发挥关键作用。这些结果表明，MdSPL2在干旱胁迫下作为一个重要的正调控因子发挥作用，为非生物胁迫响应中MdSPL2的功能提供了新的见解。
引言
气候变化通常会对植物生长造成全面伤害（Janni等人，2024）。干旱、低温和高盐等非生物胁迫以及病虫害等生物胁迫，往往同时影响植物发育，导致产量降低和果实品质下降（Pandey等人，2017；Preethi等人，2026）。干旱胁迫被认为是限制植物存活和生长的一个关键限制因素，也是最常见的抑制植物产量的环境胁迫之一。研究表明，为了抵御干旱胁迫，植物进化出了广泛的形态-生理、代谢和分子机制，无论是短期应答还是长期适应（Ali等人，2020）。例如，在干旱胁迫下，植物通过限制蒸腾作用（通过ABA调节气孔关闭）、提高水分运输效率和增加角质层厚度等方法来增强耐旱性（Hura等人，2022）。
SPL（SQUAMOSA启动子结合蛋白样蛋白）是植物特异性转录因子，在各种发育过程中发挥关键作用，并表现出应对生物和非生物胁迫的能力（Jadhao等人，2023）。SPL基因由可变数量的外显子组成，但所有陆生植物中的SQUAMOSA启动子结合蛋白（SBP）结构域均由第一和第二外显子编码，这两个外显子之间的内含子位置也高度保守（Yu等人，2020）。高度保守的DNA结合SBP结构域通常大小约为79个氨基酸（aa），并包含一个新型锌指基序，具有两个Zn2+结合位点：Cys-Cys-His-Cys和Cys-Cys-Cys-His（Li等人，2025）。该结构域对于结合顺式元件TNCGTACAA是必需且充分的，其中GTAC为其必需核心（Birkenbihl等人，2005）。先前的研究表明，SPL基因家族在拟南芥、水稻、杨树和Fraxinus mandschurica（水曲柳）等多种植物中发挥重要且进化上保守的功能（He等人，2022；Wang等人，2009）。
作为一类独特的转录因子，SPL基因在调节开花时间（Jung等人，2016）、叶角（Wei等人，2018）和花青素积累（Lin等人，2024）中发挥关键作用。此外，SPL成员还可以通过调节内源激素水平来响应多种生物和非生物胁迫（Chao等人，2017；Samad等人，2017；Zhou等人，2023）。在水稻中，OsSPL10可能通过控制ROS产生和气孔运动在耐旱中发挥关键作用（Li等人，2023）。OsSPL10/OsSPL14复合物作为一个调控枢纽，整合了ROS清除系统、激素信号和次级代谢的控制，从而对耐盐性产生负效应（Fang等人，2025）。在拟南芥中，miR156靶向的SPL9通过与ABA信号通路中的关键转录因子ABI5相互作用来促进ABA信号（Dong等人，2021）。
值得注意的是，越来越多的证据表明，SPL转录因子在木本果树物种的干旱响应中也发挥重要作用。在白桦（Betula platyphylla）中，miR156c-BpSPL2模块正调控耐旱性。BpSPL2转录因子识别GTAC基序并直接激活BpGSTF3和BpASA1，从而增强ROS清除能力并促进生长素介导的侧根生长，缓解干旱胁迫下的光损伤和氧化损伤（Peng等人，2026）。此外，在木质竹子（Dendrocalamus latiflorus）中，DlamiR156-DlaSPL60模块参与干旱适应。DlamiR156通过转录本切割抑制DlaSPL60，而干旱诱导的DlamiR156减少解除了这种抑制。DlaSPL60直接结合并激活DlaP5CS1启动子，促进脯氨酸积累以增强耐旱性（Wang等人，2026）。这些发现表明，SPL转录因子及其上游miR156调控通过多种生理和代谢途径为木本果树作物的干旱适应做出贡献，这与拟南芥和水稻等一年生草本模式植物中报道的调控机制存在显著差异。越来越多的研究表明，SPL基因家族成员在植物应对生物和非生物胁迫中也发挥着不可替代的作用（Xia等人，2025）。
作为苹果（Malus domestica）SPL基因家族成员之一，MdSPL2在抗旱中的功能和机制研究仍处于探索阶段。先前的研究发现，一些植物中< />同源基因参与胁迫响应（Meng等人，2025；Yao等人，2025），例如，在白桦中外源过表达BpSPL2可以促进木质素生物合成，从而提高白桦植株的耐旱性（An等人，2026）。但MdSPL2在苹果抗旱中的许多方面——例如其具体的调控网络、上下游基因之间的关系以及其蛋白质的功能特性——仍然未知。深入研究MdSPL2在抗旱中的作用有望揭示苹果响应干旱胁迫的新的分子机制，从而为苹果和其他果树的抗旱遗传改良提供理论基础和遗传资源。
在本研究中，我们鉴定了苹果中的MdSPL2蛋白并验证其表达可被干旱胁迫正向诱导。MdSPL2通过调节ROS积累来贡献于耐旱性。总体而言，本研究系统地阐明了SPL家族基因MdSPL2响应干旱胁迫的分子调控机制。研究结果为未来通过分子育种方法培育耐旱作物品种和提高植物干旱适应能力奠定了坚实的理论基础。
章节片段
材料与方法
苹果品种"Orin"的愈伤组织培养在添加了1.5 mg/L 2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）和0.4 mg/L 6-苄氨基嘌呤（6-BA）的Murashige和Skoog（MS）培养基上进行。培养条件为25°C黑暗环境，每18天进行一次继代培养。通过将6%聚乙二醇（PEG）加入MS培养基中模拟干旱胁迫，处理苹果愈伤组织2周。该浓度是根据先前关于苹果干旱的研究选择确定的
MdSPL2基因对干旱胁迫的响应表达模式
为明确MdSPL2是否参与干旱胁迫响应，对苹果幼苗进行聚乙二醇（PEG）处理，并通过定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）检测PEG处理后MdSPL2转录水平的变化。结果显示，在6% PEG处理下，MdSPL2的表达在处理3小时后显著被诱导上调，并在6小时达到表达峰值。这些结果表明
讨论
作为固着生物，植物暴露于各种环境胁迫，如干旱、高盐分和低温。干旱胁迫是这些胁迫的主要组成部分（Koyro等人，2012；van Zelm等人，2020），它限制生长和发育，对植物造成致死性损伤，并限制农业生产率（Lim等人，2020）。为了应对干旱胁迫，植物通过ABA信号关闭气孔、消除过量的ROS、诱导干旱响应基因的表达并调节
CRediT作者贡献声明
袁雪：形式分析，数据整理。王青：可视化，方法学，形式分析，数据整理。郭欣松：软件，数据整理。陈国林：写作——审阅与编辑，验证，方法学，形式分析。王甜甜：写作——初稿，可视化，软件，形式分析，概念化。张玉路：软件，调查。李阳：可视化，软件。尤春祥：写作——审阅与编辑，监督，资源，资金获取。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到国家自然科学基金面上项目（32372642）和国家重点研发计划（2022YFD1201700）的资助。
王甜甜|陈国林|王青|袁雪|郭欣松|李阳|张玉路|王大卫|尤春祥
山东省苹果技术创新中心，山东省果蔬品质与高效生产协同创新中心，小麦改良国家重点实验室，山东农业大学园艺科学与工程学院，泰安，271018，山东，中国
