Plant Biotechnology Journal | 孙宇飞课题组揭示番茄ABA信号调控抗逆稳产的双重作用机制
近日，我院孙宇飞副教授课题组在植物激素脱落酸（abscisic acid, ABA）信号转导与番茄产量形成机制研究方面取得重要进展。相关成果以“Spatially Resolved ABA Signalling Reveals Dual Role in Tomato Yield”为题在线发表于Plant Biotechnology Journal。该研究通过创制组成型激活的ABA受体SlPYL1、SlPYL3和SlPYL10，建立了受体特异性的ABA信号激活体系，揭示了ABA信号通过组织特异性功能分化促进番茄产量形成的作用机制。
ABA是植物适应非生物胁迫的关键激素，同时广泛调控种子萌发、营养生长和生殖发育等过程，其功能具有典型的多效性特征。如何区分ABA在不同组织、不同发育阶段中的具体作用，是利用ABA通路进行作物遗传改良面临的重要问题。该研究以ABA受体PYL家族为切入点，分别构建组成型激活受体蛋白SlPYL1CA、SlPYL3CA和SlPYL10CA。体外PP2C磷酸酶活性检测结果显示，在不添加ABA的条件下，三个SlPYLCA蛋白均能够有效抑制PP2C活性，表明这些组成型激活受体可以作为解析ABA受体功能的有效遗传工具。
图1 组成型激活SlPYL1/3/10受体可恢复sit突变体的营养生长
随后，研究团队利用内源启动子将SlPYL1CA、SlPYL3CA和SlPYL10CA分别导入ABA合成缺陷突变体sitiens背景，系统分析不同受体对植株生长、抗旱能力和产量性状的影响。结果显示，不同ABA受体对sitiens突变体表型的恢复能力存在明显差异：SlPYL3CA和SlPYL10CA能够显著改善sitiens突变体的营养生长缺陷。进一步的产量性状分析表明，SlPYL3CA和SlPYL10CA均能不同程度恢复sitiens突变体的果实数量、果实大小和单株产量。
图2 组成型激活SlPYL10可恢复sit突变体的产量性状
为进一步解析不同SlPYL受体改善产量的生理基础，研究团队分别对水分调控和生殖发育过程进行了分析。干旱胁迫下，sit/SlPYL3CA植株表现出较低的叶片失水速率、较小的气孔开度和更强的抗旱能力，且SlPYL3在保卫细胞中具有较高表达。上述结果表明，SlPYL3介导的ABA信号主要通过保卫细胞气孔调控改善植株水分状态，从而促进抗旱适应和部分产量恢复。
图3 SlPYL3CA通过调控气孔运动提高sit突变体的抗旱性
与SlPYL3不同，SlPYL10CA对气孔调控作用不明显，却能够显著恢复sitiens突变体的果实大小和数量。研究团队进一步发现，SlPYL10特异性表达于发育中的小孢子，其组成型激活能够恢复sitiens突变体中花粉壁形成、花药发育和花粉成熟相关基因的表达，进而改善花药形态并提高花粉活力。这些结果揭示了SlPYL10在番茄雄性生殖发育和产量形成中的关键作用。
图4 SlPYL10CA恢复sit突变体的花药形态和花粉活力
综上，该研究提出了ABA信号调控番茄抗逆稳产的双重作用机制：SlPYL3在保卫细胞中介导ABA依赖的气孔调控，提高植株抗旱能力，从而促进产量部分恢复；SlPYL10在发育中的小孢子中维持花药发育和花粉活力，提高生殖成功率和果实产量。两个模块在空间上相对分离，在功能上共同解释了ABA信号如何协调番茄逆境下的产量形成。该研究建立了受体特异性的ABA信号功能解析策略，有望为培育适应气候变化的抗逆稳产作物新品种提供新的理论和技术依据。
图5 ABA信号通过气孔运动和生殖发育双重途径调控番茄产量
我院孙宇飞副教授、苏诗豪副教授和以色列希伯来大学Assaf Mosquna教授为论文共同通讯作者。硕士研究生文福安、麦富栋和博士后肖继斌为论文共同第一作者。本研究获得国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市自然科学基金和以色列科学基金等项目资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70700
初稿：麦富栋 初审：孙宇飞 审核：辛国荣 终审：杨德胜
