园艺学院 | 设施园艺团队揭示黄瓜耐热性调控机制

近日，南京农业大学园艺学院设施园艺团队在国际植物学期刊《The Plant Journal》在线发表题为“CsRAP2-1-CsNPF4.4-CsAMT1 module regulates ammonium/nitrate ratio to mediate thermotolerance in cucumber”的研究论文，系统揭示了CsRAP2-1-CsNPF4.4-CsAMT1模块调控NH₄⁺/NO₃⁻比例增强黄瓜（Cucumis sativusL.）耐热性的分子机制。

高温对农业及植物生长构成严重威胁。铵态氮(NH₄⁺)和硝态氮(NO₃^-)是植物所利用的两种主要无机氮源。然而，NH₄⁺/NO₃⁻比例是否以及如何影响植物对高温胁迫的反应，目前仍不清楚。

该研究发现，高温胁迫诱导黄瓜NH₄⁺/NO₃⁻比值升高。过表达硝酸盐转运蛋白CsNPF4.4降低黄瓜的耐热性及NH₄⁺/NO₃⁻比值，而沉默CsNPF4.4则增强耐热性并提高NH₄⁺/NO₃⁻比值。通过酵母单杂交、双荧光素酶和电泳凝胶迁移实验，发现受高温强烈诱导的ERF/AP2转录因子CsRAP2-1可直接结合CsNPF4.4启动子并抑制其表达。沉默CsRAP2-1会削弱耐热性，而过表达CsRAP2-1则产生相反效果。此外，CsNPF4.4与铵转运蛋白CsAMT1蛋白互作，直接抑制CsAMT1的转运活性，从而阻碍NH₄⁺转运。沉默CsAMT1会降低耐热性并减少NH₄⁺积累，而过表达CsAMT1则效果相反。因此，高温胁迫诱导CsRAP2-1表达，抑制CsNPF4.4转录，提高CsAMT1活性，导致NH₄⁺/NO₃⁻比值升高，从而增强黄瓜对高温胁迫的耐受性。

综上，该研究揭示了CsRAP2-1-CsNPF4.4-CsAMT1调控模块通过精细调节NH₄⁺/NO₃⁻稳态来增强耐热性的机制，为通过分子育种或养分管理策略提高作物在高温胁迫下的抗逆性提供了可操作靶点。

 CsRAP2-1-CsNPF4.4-CsAMT1模块调控铵态氮/硝态氮比例增强黄瓜耐热性模式图

南京农业大学园艺学院钟山青年研究员陈广玲为第一作者，已毕业硕士生何晶晶为共同第一作者，孙锦教授和王玉副教授为该论文通讯作者，硕士生徐芳婷、张可博士、庞冠博士、刘晓英副教授、杨立飞副教授参与了该项研究。研究得到了国家自然科学基金及国家大宗蔬菜产业技术体系等项目的资助。