西北农林科技大学园艺学院张显教授课题组揭示了褪黑素延缓甜瓜叶片衰老的机制

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近日，园艺学院瓜类作物种质资源与遗传育种研究团队在国际知名期刊《Plant Cell & Environment》上发表了题为“Melatonin delays ABA-induced leaf senescence via H2O2-dependent calcium signaling”的研究论文，揭示了褪黑素通过H2O2和Ca2+信号通路延缓甜瓜叶片衰老的机理。

叶片早衰抑制植物生长发育，进而影响作物的产量和品质。甜瓜（Cucumis melo L.）是我国重要的园艺作物。低温、高温、干旱、病虫害等多种逆境易导致甜瓜叶片早衰，降低产量和果实品质。脱落酸（ABA）是诱导植物叶片衰老的关键植物激素之一。研究表明褪黑素在调节叶片衰老过程中与ABA存在拮抗作用，但其作用机制仍不清楚。

该研究发现外源褪黑素可以保护光系统Ⅱ，延缓ABA胁迫下甜瓜成熟叶片的衰老。高浓度ABA胁迫下，褪黑素诱导了甜瓜respiratory burst oxidase homolog D（CmRBOHD）的表达，促进H2O2的积累。褪黑素和H2O2均能诱导细胞质中游离Ca2+（[Ca2+]cyt）的积累，而Ca2+通道抑制剂抵消了褪黑素和H2O2延缓叶片衰老的作用。在拟南芥中过表达甜瓜CmRBOHD基因诱导了[Ca2+]cyt积累并延缓拟南芥叶片衰老，而拟南芥中AtRBOHD基因缺失抑制了ABA胁迫下褪黑素对[Ca2+]cyt的诱导和对叶片衰老的延缓作用。此外，褪黑素、H2O2和Ca2+抑制了ABA诱导的K+外流和细胞死亡。CmRBOHD异源过表达和AtRBOHD基因缺失分别抑制和促进了ABA对K+外流的诱导。

综上所述，该研究揭示了一种新的褪黑素延缓叶片衰老的机制。褪黑素可以诱导CmRBOHD的表达和H2O2的积累。H2O2的增加诱导了了[Ca2+]cyt积累，抑制K+外流和细胞死亡，进而延缓ABA诱导的叶片衰老。

园艺学院李好副教授为论文通讯作者，博士研究生郭延亮为论文第一作者。该研究得到了国家现代农业产业技术体系、国家自然科学基金、陕西省科技创新团队、陕西省青年科技新星和西北农林科技大学仲英青年学者等项目资助。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pce.14482

关键词： 基因缺失 细胞死亡 园艺学院