GLR相关钙信号通路在番茄果实中对抗链格孢（Alternaria alternata）引起的抗性中的作用

《Postharvest Biology and Technology》：Involvement of GLR-associated calcium signaling in glutamate-induced resistance against Alternaria alternata in tomato fruit

　　

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外源性的谷氨酸（Glu）可以增强番茄对A. alternata的抗性。

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Glu能够激活钙传感器，包括CDPK、CaM和CML。

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与GLR相关的钙信号传导在Glu诱导的抗性中起作用。

引言

Alternaria alternata对番茄构成直接威胁，因为它能够引发具有重大经济后果的疾病（Yang等人，2025年）。传统化学杀菌剂对人类健康和环境的负面影响促使人们更加努力开发疾病管理的替代策略。植物抗性诱导剂通过激活宿主的天然抗性来提供环保的替代方案，而不针对病原体（Chowdhary和Alkan，2025年）。多项证据表明，L-谷氨酸（Glu）是一种有前景的化学诱导剂，可以触发植物的典型防御反应（Kan等人，2017年；Yang等人，2017年；Jin等人，2019年；Goto等人，2020年）。鉴于Glu在初级代谢中的重要性，它通过改变氮和碳代谢（如谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶循环、γ-氨基丁酸旁路和三羧酸循环）来赋予宿主抗性（Seifi等人，2013年；Yang等人，2021年）。除了代谢调节外，Glu诱导的抗性还伴随着植物激素稳态的调节，例如水杨酸信号通路（Kadotani等人，2016年；Yang等人，2017年；Goto等人，2020年）。越来越多的研究发现表明，Glu通过钙内流参与防御信号的传导（Kwaaitaal等人，2011年；Mousavi等人，2013年；Toyota等人，2018年）。

钙作为一种多功能的第二信使，使植物能够在生物和非生物胁迫下协调复杂的信号网络（Dong等人，2022年；Zeng等人，2023年；Jin等人，2025年）。对环境刺激（如寒冷、高温、渗透胁迫、激素和植物抗性诱导剂）的特定响应是由钙信号通路介导的，这些通路又诱导各种下游信号转导级联反应（Manzoor等人，2013年）。植物细胞进化出了复杂的跨膜钙通信机制，使它们能够感知外部刺激并将信息传递到细胞质和各种细胞器中（Xu等人，2022年）。精确调控钙通道活性对于启动下游信号级联反应所需的钙内流至关重要（Park和Shin，2022年）。在这些通道中，植物谷氨酸类受体（GLRs）是哺乳动物离子型谷氨酸受体（iGluRs）的 homologs，它们是一类离子通透性通道，调节多种生理过程（Feng等人，2021年；Grenzi等人，2021年）。值得注意的是，植物GLRs可以被多种氨基酸激活，其中Glu是主要配体（Qi等人，2006年）。

虽然Glu作为强效诱导剂的作用已在多种病原体系统中得到证实，但其具体机制如何诱导抗性仍不清楚。由于植物GLRs是进化上保守的钙通透性通道，它们可能是将细胞外Glu感知转化为启动植物免疫的钙信号变化的接口。在这项研究中，我们旨在阐明钙信号通路在番茄果实中抵抗A. alternata抗性中的关键作用，特别是GLRs是否参与这一过程。

章节片段

果实材料和病原体

番茄果实（Solanum lycopersicum L. 品种‘Qianxi’）在中国山西省泾中县的一个果园中采收，在红熟期被带到实验室，并按照Yang等人（2021年）的方法进行清洗。本实验中使用的果实无物理损伤和腐烂现象。Alternaria alternata来自中国普通微生物培养中心（CGMCC 3.15535），在25°C下于马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）培养基上培养

细胞外钙螯合剂EGTA对Glu诱导的抗A. alternata抗性的影响

为了研究Glu诱导的抗性是否依赖于钙信号传导，我们应用了EGTA（一种特定的细胞外钙螯合剂）来调节细胞外钙水平。与对照组相比，Glu处理后疾病发生率显著降低，在接种后48小时减少了50.1%（图1）。相反，EGTA的应用加速了疾病的发展，表明基线细胞外钙水平对先天抗性至关重要

讨论

Glu是植物中一种众所周知的氨基酸，在氮代谢中占据重要地位（Seifi等人，2013年；Liao等人，2022年）。虽然碳和氮的代谢调节被认为与Glu诱导的抗性有关，但为了更清楚地了解Glu在植物免疫中的信号功能，还需要进一步研究。据报道，Glu作为伤口信号，在植物中通过触发钙波来介导长距离（系统性）防御信号传导

结论

我们的研究结果支持这样一个假设：番茄果实中Glu诱导的抗性是通过钙信号通路实现的，GLRs可能参与这一过程。然而，未来的研究需要使用CRISPR/Cas9介导的基因编辑来明确这些组分的功 能作用并阐明其下游效应因子。这些见解不仅阐明了Glu作为诱导剂的作用机制，还为未来的研究提供了有希望的分子基础

CRediT作者贡献声明

Jiali Yang：撰写 – 原稿撰写、方法论设计、资金获取、概念构思。Ranxiang Wu：方法论设计、实验实施、数据分析。Jinyuan Zhang：数据分析。Keyi Chen：数据分析。Xingyu Li：数据验证。Xue Zhang：实验实施。Weihao Wang：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源调配、资金获取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号32302189、32573105）和青年科学和技术领导计划（编号2024JQPYGC02）的支持。

Jiali Yang|Ranxiang Wu|Jinyuan Zhang|Keyi Chen|Xingyu Li|Xue Zhang|Weihao Wang