《South African Journal of Botany》：The polyphenol oxidase gene
JrPPO2 is a candidate integrator for mycorrhizal symbiosis and stress adaptation in walnut
编辑推荐：
•核桃含有两个不同的PPO基因（JrPPO1/2），其结构保守但组织表达存在分歧。•JrPPO2是一种广谱应答整合因子，可被IAA、高温、Mn胁迫以及四种丛枝菌根真菌（AMF）特异性地上调。•JrPPO2的表达以依赖于AMF物种的方式被精细调控，这是植物PPO调控领域的一项新
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核桃含有两个不同的PPO基因（JrPPO1/2），其结构保守但组织表达存在分歧。
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JrPPO2是一种广谱应答整合因子，可被IAA、高温、Mn胁迫以及四种丛枝菌根真菌（AMF）特异性地上调。
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JrPPO2的表达以依赖于AMF物种的方式被精细调控，这是植物PPO调控领域的一项新发现。
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根部PPO活性与JrPPO2诱导呈正相关，证实了其在核桃胁迫与共生应答中的关键作用。
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这种功能分化凸显了JrPPO2作为增强核桃胁迫耐受性的潜在靶点。
引言
核桃（Juglans regia L.）因其显著的经济重要性而在全球范围内广泛栽培（Li等，2023；Ma等，2021）。作为有价值的商业用林树种，核桃兼具食用、药用和观赏价值，其果实富含蛋白质、脂质、碳水化合物和矿物质（Zhou等，2020；Hakimi等，2024）。中国是核桃产量最大的国家，年干果产量达140万公吨（Wambulwa等，2022；Kairova等，2025）。
多酚氧化酶（PPO）是一种含铜酶，在植物中通常具有三域结构：N端叶绿体转运肽、双核铜中心（包含CuA和CuB）以及C端疏水区域（Tran等，2012）。PPO广泛分布于植物、动物和微生物中（Liu等，2023），并参与抗虫取食、抗真菌和细菌病原体以及非生物胁迫应答（Wei等，2023）。根据其催化活性，PPO通常分为三类：儿茶酚氧化酶（EC 1.10.3.1）、酪氨酸酶（EC 1.14.18.1）和漆酶（EC 1.10.3.2）（Zou等，2025b）。其中，儿茶酚氧化酶特异性地催化邻二酚（儿茶酚）氧化为邻醌。酪氨酸酶具有双重活性，既可作为愈创木酚酶（单酚单加氧酶）将单酚羟基化为邻二酚，也可作为儿茶酚酶进一步将邻二酚氧化为邻醌。漆酶具有独特的结构和功能，能够氧化更广泛的芳香族化合物（Zhang等，2021；Molitor等，2016）。PPO历史上被称为叶绿体氧化酶，主要位于植物细胞叶绿体的类囊体膜中（Vaughn等，1988），但近期研究表明，某些PPO亚型也可能存在于其他细胞器中，如液泡（Tran等，2011）。当细胞受损时，PPO与储存在液泡中的底物接触，从而催化形成邻醌。这些醌类随后与蛋白质反应聚合为棕色或黑色黑色素，构成园艺产品酶促褐变的基本机制（Boeckx等，2015；Augusto等，2022；Liu等，2022）。
迄今为止，PPO基因已在多种陆地植物中被鉴定，包括苹果（Zou等，2025a）、草莓（Zavarise等，2025）、烟草（Zhang等，2025）、Agaricus bisporus（Lei等，2018）、梨（Yan等，2013）和橄榄（Derardja等，2024）。在核桃中，早期研究集中于一个与酶促褐变相关的单一PPO基因（JrPPO1）（Escobar等，2008）。后续的基因组测序揭示了第二个成员JrPPO2（Martínez-García等，2016），促使研究者探讨它们的不同功能。近期研究已明确划定了功能分工：JrPPO1主要负责果实褐变（Zhao等，2021），而JrPPO2则作为多重胁迫整合因子，在异源系统中增强对盐胁迫和细菌病原体的耐受性（Wang等，2025）。此外，JrPPO2（而非JrPPO1）被发现在组织培养过程中与受伤外植体褐变有关（Zhao等，2021）。
核桃可被丛枝菌根真菌（AMF）定殖，并表现出对该共生关系的高度依赖，这对植物生长、养分获取和胁迫耐受性至关重要（Ma等，2022；Liu等，2026a, 2026b；Wen等，2024；Zheng等，2024；Zheng等，2026；Zou等，2023, 2024）。然而，支撑这种高依赖共生关系的分子机制，尤其是共生建立与维持过程中关键酶的调控与功能，仍知之甚少（Liang等，2025）。此外，PPO在菌根共生中的具体功能与调控模式，特别是在核桃-AMF互作中，尚待深入探索。鉴于JrPPO2在胁迫整合中的新兴作用，我们假设它可能也参与核桃-AMF互作。理解核桃PPO基因，尤其是胁迫应答型JrPPO2，如何被不同AMF物种调控，目前存在重要空白。填补这一空白对于揭示这种高依赖共生关系的分子基础至关重要。
因此，本研究的目标为：（1）利用最新基因组资源系统鉴定和表征核桃中的PPO基因家族；（2）分析JrPPO1和JrPPO2的组织特异性及处理诱导（激素与非生物胁迫）表达模式；（3）最重要的是，探究它们对不同AMF物种定殖的未知应答。我们的发现揭示JrPPO2受到AMF的独特且差异性调控，表明JrPPO2是一个极具前景的候选基因，其表达与核桃根部共生及非生物胁迫信号均相关。
章节摘要
实验材料与处理
为分析组织特异性表达，样品取自长江大学农业科技园区（30°23′46″N, 112°5′41″E）种植的七年生"清香"核桃树。为进行各种处理下的表达谱分析，使用同一商业品种"清香"核桃幼苗。为最大限度减少核桃固有的高遗传异质性影响，所有种子均采自单一"清香"品种母树所结
JrPPO基因家族的鉴定与理化特性表征
通过BLAST搜索和HMM搜索方法，最终鉴定出两个JrPPO基因（表2）。对其编码蛋白的理化性质分析显示，蛋白长度范围为610至615个氨基酸，相对分子质量在67.72至68.27 kDa之间；预测等电点范围为6.55至6.61。鉴于两种JrPPO蛋白的pI值均低于7，可推断它们为酸性蛋白。不稳定指数范围为39.11
讨论
PPO基因代表一类重要的含铜酶，在植物生长发育、胁迫应答和抗病性中发挥重要作用（Franková等，2025；Liu等，2024；Webb等，2014）。在本研究中，对核桃PPO基因家族的生物信息学分析鉴定出两个成员，分别命名为JrPPO1和JrPPO2。与橄榄（18个PPO基因）（Liu等，2023）和茄子（13个PPO基因）（Jukanti等
结论
总之，本研究揭示在结构紧凑的核桃PPO基因家族中存在明确的功能特化。根据表达模式，JrPPO1专司以叶片为主的应答，而JrPPO2则作为根部系统性整合节点，既应答非生物胁迫（IAA、高温和Mn胁迫），最显著地，还应答特定AMF的定殖。JrPPO2表达的AMF物种依赖性精细调控，以及与
CRediT作者贡献声明
江浩然：起草原稿、可视化、方法学、研究、数据整理。刘晓清：起草原稿、研究、数据整理。许晓红：审阅与编辑、监督、项目管理。许永杰：审阅与编辑、资源支持。Mashael Daghash Alqahtani：审阅与编辑、经费获取。吴强生：审阅与编辑、监督、项目管理、经费获取、概念设计。
致谢
本研究得到湖北省重点研发计划项目（2025BBB010）和湖北省"十四五"重大科技援藏项目（SCXX-XZCG-22016）的资助。作者感谢沙特阿拉伯利雅得诺拉公主本特·阿卜杜勒拉赫曼大学研究人员支持项目（编号PNURSP2025R355）。
江浩然|刘晓清|许晓红|许永杰|Mashael Daghash Alqahtani|吴强生
