《Plant Science》：MaMYB102 enhances salt tolerance in banana (
Musa acuminata) by activating
MaBADH-mediated glycine betaine biosynthesis
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香蕉耐盐性机制研究中，Myb102通过调控甜菜碱合成基因Badh增强抗逆性。盐胁迫下，过量表达MaMYB102可降低叶绿素降解，提升抗氧化能力，抑制过氧化氢积累，而沉默该基因则加剧盐害。分子实验证实Myb102直接结合Badh启动子并激活转录，促进甜菜碱合成，从而维持氧化平衡。该研究首次揭示香蕉Myb102-Badh调控模块在盐胁迫响应中的作用。
Jiaxuan Yu|Jing He|Bowei Zhu|Muhammad Moaaz Ali|Juhua Liu|Xinguo Li
中国海南大学热带农业与林业学院，海口570228
摘要
盐度是一种主要的非生物胁迫因素，会限制香蕉（Musa acuminata）的生长和产量。转录因子在调节植物胁迫反应中起着关键作用；然而，香蕉耐盐性的分子机制在很大程度上仍未被探索。在本研究中，我们鉴定并功能分析了MaMYB102，这是一种R2R3类型的MYB转录因子，能够正向调节香蕉的耐盐性。亚细胞定位分析证实MaMYB102是一种核蛋白。在香蕉叶片中短暂过表达MaMYB102可以提高耐盐性，表现为在0.3 M NaCl处理下叶绿素流失减少、抗氧化能力增强以及过氧化氢（H?O?）积累减少。相反，短暂沉默MaMYB102会增加盐敏感性和氧化损伤。酵母单杂交（Y1H）和电泳迁移率测定（EMSA）实验表明MaMYB102直接结合到MaBADH的启动子区域，而MaBADH是参与甘氨酸甜菜碱（GB）生物合成的关键基因。双荧光素酶实验进一步证实MaMYB102能够激活MaBADH的转录。过表达MaMYB102会增加MaBADH的表达和GB的积累，而沉默MaMYB102则会抑制这两者。总体而言，我们的研究结果表明MaMYB102通过激活MaBADH介导的甘氨酸甜菜碱生物合成来增强香蕉的耐盐性，从而在盐碱条件下改善氧化还原平衡。这项研究为MYB调控的盐胁迫反应提供了新的见解，并为培育耐盐香蕉品种提供了潜在的目标。
引言
盐度胁迫是限制香蕉（Musa spp）生长和产量的主要非生物因素，尤其是在沿海和灌溉农业区[1]。由于根系较浅以及离子和渗透调节能力有限，香蕉植物通常对盐度敏感，这常常导致在高NaCl条件下出现叶片损伤、叶绿素流失和生长受阻[2, 3, 4, 5]。
盐胁迫对植物的影响是一个全球公认的研究领域。已有研究表明转录因子（TF）可以调节植物对盐胁迫的抵抗力。MYB基因家族是一个庞大的TF家族，许多研究证明它参与了植物对环境胁迫反应的调节[6, 7, 8]。特别是，MYB在植物对盐胁迫的反应中起着关键作用，既可以作为正向调节因子也可以作为负向调节因子。例如，在Arabidopsis thaliana中，过表达AtMyb15可以提高其耐旱和耐盐性，可能是通过增加参与ABA生物合成和信号传导的基因的表达水平[9]。过表达AtMYB52的幼苗对盐和ABA更敏感，但对干旱有耐受性[10]。番茄（Solanum lycopersicum）的abscisic acid-induced myb1（SlAIM1）基因通过调节离子流动在盐胁迫反应中起关键作用[11]。MdMYB46是次生细胞壁生物合成的关键调节因子，能够通过直接刺激应激响应途径来增强苹果（Malus domestica的耐逆性[12]。MYB转录因子在植物对盐胁迫的反应中也起着负向作用。在Arabidopsis thaliana中，盐胁迫条件下，盐响应基因AtMyb73作为负向调节因子，抑制过度敏感的盐响应（SOS）转录本[13]。SlMYB50-RNAi株在胁迫条件下比野生型（WT）表现出更强的耐受性，这表明SlMYB50作为盐胁迫的负向调节因子[14]。尽管已在多种植物物种中报道了MYB介导的耐盐性，并且对香蕉的MYB基因家族进行了全基因组分析，也有研究表明MaMYB14、MaMYB63和MaMYB110在香蕉根中对盐胁迫有显著反应[15, 16, 17, 18]，但关于参与盐胁迫调节的香蕉MYB转录因子的系统功能研究仍然很少，特别是关于它们的下游靶标和相关代谢途径。值得注意的是，MYB转录因子经常调节次生代谢产物的生物合成，这有助于植物适应胁迫。
植物采用各种保护机制来维持正常的细胞代谢并保护细胞成分免受损伤。保持生长速率、保存营养物质、避免离子毒性以及诱导代谢变化以改善水分平衡可能是耐盐植物最常见和普遍的特征[19]。甘氨酸甜菜碱（GB）是一种季铵化合物，被认为是一种非常有效的相容溶质。植物对盐胁迫的重要代谢反应包括积累渗透保护剂，但在香蕉研究中的这一方面研究较少。在盐碱条件下，GB不仅有助于调节细胞渗透势以维持细胞质中的最佳水分含量，还作为一种相容溶质保护蛋白质免受盐诱导的解离[20]。甜菜醛脱氢酶（BADH）催化甜菜醛氧化为GB，并调节甜菜碱合成和代谢的动态平衡[21]。尽管已鉴定出多种参与香蕉盐胁迫反应的转录因子，但MYB介导的耐盐性的分子机制在很大程度上仍未被探索。特别是，关于MYB转录因子如何调节下游代谢途径（如甘氨酸甜菜碱生物合成）以增强盐碱条件下的渗透调节和氧化应激耐受性知之甚少。MYB转录因子经常通过调节下游代谢途径（包括渗透保护剂的生物合成）来控制胁迫适应。鉴于BADH在甘氨酸甜菜碱生产中的核心作用，我们假设MYB转录因子可能通过调节MaBADH的转录和GB相关的渗透保护来促进香蕉的耐盐性。
在这项研究中，我们专注于MaMYB102（基因ID：Macma4_02_g21410；GenBank编号：LOC103975234），这是一种通过酵母单杂交筛选与MaBADH启动子结合的候选MYB转录因子，并通过香蕉叶片中的短暂表达进一步确认其盐响应性。我们研究了其在耐盐性中的作用，并探讨了其与MaBADH的潜在调控关系，结合了短暂过表达/沉默实验和启动子结合分析。我们的结果提供了证据，表明MaMYB102参与了香蕉的盐胁迫反应，并揭示了一个可能与GB生物合成相关的MYB调控模块。
实验材料
‘Baxijiao’香蕉（Musa acuminata L.，AAA组，品种Baxijiao）的幼苗是通过使用剑形吸芽作为外植体在中国热带农业科学院种子和幼苗组织培养中心进行组织培养得到的。从田间种植的母株中收集健康无病的剑形吸芽，并在培养开始前进行表面消毒。接种后，将幼苗转移到温室条件下进行后续实验。
MaMYB102作为R2R3型MYB转录因子的鉴定与表征
MaBADH基因（Macma4_09_g16320）是甘氨酸甜菜碱生物合成的关键酶；然而，其在香蕉盐胁迫下的转录调控机制尚不清楚。在本研究中，我们成功克隆了MaBADH的启动子（表S2），并使用酵母单杂交筛选来鉴定其表达的潜在转录因子。通过测序鉴定出的阳性克隆被确认为编码MaMYB102（XM_009390141.3），这是一种R2R3类型的MYB转录因子。
讨论
盐胁迫是全球限制作物生长和产量的主要非生物因素之一。植物进化出了复杂的调控机制，通过转录网络感知和响应盐胁迫，调节应激响应基因和相容溶质的生物合成。在本研究中，我们鉴定并功能分析了MaMYB102，这是一种在香蕉（Musa acuminata）中的R2R3型MYB转录因子，它通过直接激活
结论
总之，我们的研究表明MaMYB102是一种新的R2R3-MYB转录因子，它通过直接激活MaBADH的表达并促进甘氨酸甜菜碱的积累来增强香蕉的耐盐性。MaMYB102–MaBADH调控模块为盐胁迫下渗透调节物的转录控制提供了新的见解，并为提高香蕉和其他作物的耐逆性提供了有希望的遗传靶标。
CRediT作者贡献声明
Jing He：撰写 – 审稿与编辑，验证。Juhua Liu：监督。Muhammad Moaaz Ali：撰写 – 初稿。Xinguo Li：撰写 – 审稿与编辑，可视化，监督，方法学，资金获取，概念化。Bowei Zhu：验证，数据管理。Jiaxuan Yu：撰写 – 初稿，可视化，方法学，研究，数据管理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。
资助与致谢
本研究由中国国家自然科学基金1资助，项目编号为32160679。
