聚乙二醇诱导的渗透胁迫通过上调番茄中脱氢抗坏血酸-抗坏血酸比值促进开花

《Horticulturae》：Polyethylene Glycol-Induced Osmotic Stress Promotes Flowering by Up-Regulating Dehydroascorbic Acid-to-Ascorbic Acid Ratio in Tomato

　　

干旱胁迫可促进植物提前开花，但其机制尚不清楚。研究人员以聚乙二醇（PEG）-6000模拟干旱诱导的渗透胁迫，探究抗坏血酸氧化还原比值在番茄开花调控中的作用。结果表明，与对照相比，基质含水量45%的干旱处理促进番茄开花，而25%含水量无影响；在PEG模拟干旱下，仅10% PEG处理诱导早花，更低或更高浓度均无此效应。10% PEG下，开花整合基因SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS1（SOC1）和SINGLE FLOWER TRUSS（SFT）及分生组织身份基因APETALA1（AP1）和LEAFY（LFY）表达上调，20% PEG下则基本不变或下调。10% PEG下脱氢抗坏血酸（DHA）/还原型抗坏血酸（AsA）比值升高，20% PEG下无变化。叶面施DHA提高叶片DHA/AsA比值、促进开花并上调对照条件下开花整合与分生组织身份基因表达；10% PEG下叶面施AsA则表现相反表型。此外，10% PEG下叶面施活性氧清除剂N,N′-二甲基硫脲（DMTU）降低叶片DHA/AsA比值并延迟开花。在所取样的条件下，光周期、春化、自主、环境温度及年龄途径相关基因表达模式未提供其参与渗透胁迫诱导早花的证据。研究人员认为，渗透胁迫诱导的H2O2积累提高了植株DHA/AsA比值，从而促进番茄开花，该研究有助于阐明植物干旱诱导开花的机制。

研究背景方面，开花是植物生命周期中的关键事件，受年龄、光周期、春化、自主、环境温度等多条遗传途径及糖、植物激素等内源物质调控，同时也受干旱等环境胁迫调节。干旱条件下植物常采用“避旱”策略提前开花以完成生殖循环，已有研究从miR169-NF-YA2-FLC、CiNF-YA1-CiFT、CibHLH96-CiFD-CiAP1、ERF072-MtSOC1-like及ABA信号转导等角度揭示干旱促花机制，但整体机制仍不清楚。抗坏血酸作为重要抗氧化物质参与H₂O₂清除，其氧化还原状态由抗坏血酸过氧化物酶（APX）与脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）共同维持，Arabidopsis中vtc突变体（抗坏血酸缺陷）早花、外源AsA延迟开花提示抗坏血酸稳态与开花有关，但逆境（尤其干旱）下抗坏血酸氧化还原比是否调控开花尚不明确。为此，研究人员以番茄为材料，利用PEG-6000模拟渗透胁迫，系统考察DHA/AsA比值在其中的作用，论文发表于《Horticulturae》。

主要关键技术方法上，研究人员选用番茄Ailsa Craig（AC）与Micro-Tom两基因型，AC用于控水干旱（基质含水量45%与25%）处理，Micro-Tom用于PEG-6000（5%–25% w/v）模拟渗透胁迫及叶面DHA（0.5 mM）、AsA（0.5 mM）、DMTU（0.1 mM）处理；取样涵盖叶片与茎尖，开花时间定义为播种至首花序现蕾天数；生理生化上测定H₂O₂与丙二醛（MDA）含量、AsA与DHA浓度、APX与DHAR活性；分子生物学上采用逆转录定量聚合酶链反应（RT-qPCR）检测SOC1、SFT、AP1、LFY、GI、CO1、FLC、SVP、SPL等开花相关基因表达，以Actin与TIP41为内参。

研究结果部分，3.1节“干旱与模拟干旱胁迫对番茄开花的影响”通过对AC控水及Micro-Tom PEG梯度处理，发现45%含水量与10% PEG促进开花，25%含水量及5%、15%–25% PEG无促花效应；10% PEG下SOC1、SFT、AP1、LFY显著上调，GI略升、CO1下调，FLC与SPL不变，20% PEG下多数开花基因不变或下调，说明适度渗透胁迫特异性诱导早花。3.2节“模拟干旱对番茄氧化胁迫与抗坏血酸氧化还原状态的影响”显示10% PEG下叶片H₂O₂与MDA升高，AsA下降、DHA上升、DHA/AsA比值上升，APX与DHAR活性增强；20% PEG下H₂O₂更高但AsA与DHA同升、比值不变，表明早花与DHA/AsA比值上调而非总抗坏血酸水平相关。3.3与3.4节“外源DHA对抗坏血酸氧化还原状态、氧化胁迫及开花的影响”表明叶面DHA在对照下提升叶片DHA/AsA比值、伴H₂O₂与MDA上升及APX/DHAR活性增强，同时提前开花、降低首花序节位、上调SOC1、SFT、AP1、LFY。3.5与3.6节“10% PEG下外源AsA的影响”显示AsA处理降低胁迫下DHA/AsA比值、缓解氧化伤害、下调上述开花基因并延迟开花。3.7与3.8节“ROS清除剂DMTU的影响”指出DMTU在10% PEG下降低H₂O₂与MDA、降低DHA/AsA比值、抑制APX/DHAR活性、延迟开花并下调AP1与SFT，反向验证H₂O₂→DHA/AsA→开花链条。

讨论部分，研究人员归纳适度渗透胁迫（约-0.3 MPa）促花具有强度依赖性，与柑橘、Oncidium热胁迫研究一致；提出10% PEG早花由H₂O₂积累驱动AsA经APX氧化为DHA、DHA/AsA比值上升所介导，外源DHA/AsA操纵与DMTU清除ROS均正向或反向佐证该通路；光周期（GI-CO1-FT/SFT）、春化/自主（FLC-SOC1）、年龄（SPL-SOC1）、环境温度（SVP-SOC1）途径基因表达变化不支持其参与本次取样条件下的渗透促花，暗示番茄中存在不依赖经典途径的氧化还原信号分支；DHA可能通过影响蛋白二硫键/硫醇状态传递开花信号，但具体靶标待研。

结论部分翻译：聚乙二醇模拟渗透胁迫诱导的H₂O₂积累提高了植株中脱氢抗坏血酸/还原型抗坏血酸（DHA/AsA）比值，从而促进番茄开花。该研究有助于阐明植物干旱诱导开花的机制。