西北農(nóng)林科技大學(xué)揭示褪黑素延緩甜瓜葉片衰老的機(jī)制

2022年11月，西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院瓜類作物種質(zhì)資源與遺傳育種研究團(tuán)隊(duì)在《Plant, Cell &Environment》上發(fā)表了題為“Melatonin delays ABA-induced leaf senescence via H2O2-dependent calcium signaling”的研究論文，揭示了褪黑素通過H2O2和Ca2+信號(hào)通路延緩甜瓜葉片衰老的機(jī)理。

葉片早衰抑制植物生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。脫落酸（ABA）是誘導(dǎo)植物葉片衰老的關(guān)鍵植物激素之一。研究表明，褪黑素在調(diào)節(jié)葉片衰老過程中與ABA存在拮抗作用，但其作用機(jī)制仍不清楚。

該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)外源褪黑素可以保護(hù)光系統(tǒng)Ⅱ，延緩ABA脅迫下甜瓜成熟葉片的衰老。高濃度ABA脅迫下，褪黑素誘導(dǎo)了甜瓜respiratory burst oxidase homolog D（CmRBOHD）的表達(dá)，促進(jìn)H2O2的積累。褪黑素和H2O2均能誘導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)中游離Ca2+（[Ca2+]cyt）的積累，而Ca2+通道抑制劑抵消了褪黑素和H2O2延緩葉片衰老的作用。在擬南芥中過表達(dá)甜瓜CmRBOHD基因誘導(dǎo)了[Ca2+]cyt積累并延緩擬南芥葉片衰老，而擬南芥中AtRBOHD基因缺失抑制了ABA脅迫下褪黑素對(duì)[Ca2+]cyt的誘導(dǎo)和對(duì)葉片衰老的延緩作用。此外，褪黑素、H2O2和Ca2+抑制了ABA誘導(dǎo)的K+外流和細(xì)胞死亡。CmRBOHD異源過表達(dá)和AtRBOHD基因缺失分別抑制和促進(jìn)了ABA對(duì)K+外流的誘導(dǎo)。綜上，褪黑素可以誘導(dǎo)CmRBOHD的表達(dá)和H2O2的積累。H2O2的增加誘導(dǎo)了[Ca2+]cyt積累，抑制K+外流和細(xì)胞死亡，進(jìn)而延緩ABA誘導(dǎo)的葉片衰老。該研究揭示了一種新的褪黑素延緩葉片衰老的機(jī)制。