近日，苹果抗逆与品质改良创新团队马锋旺教授/李超教授课题组在《Plant, Cell & Environment》在线发表了题为“Dopamine regulates its own synthesis via MdORG2 to improve low-nitrogen tolerance in apple plants”的研究论文，揭示了多巴胺通过 MdTYDC 和MdORG2相关通路调节苹果低氮耐受性的分子机制。博士研究生刘晓敏为论文第一作者，李超教授和马锋旺教授为通讯作者。
苹果是世界四大主要水果之一，氮是与植物产量关系最密切的营养元素，在茎、叶和果实的发育中起着至关重要的作用。外源多巴胺已被证明能够提高苹果的低氮耐受性。然而，多巴胺缓解低氮胁迫的潜在调控机制仍不清楚。
该研究发现受低氮胁迫影响苹果 MdTYDC （编码多巴胺生物合成关键酶酪氨酸脱羧酶的基因）表达上调，过表达 MdTYDC 不仅增强了苹果株系的耐低氮性，而且显著提高了苹果叶片和根系中的多巴胺水平（图1）。
图1 MdTYDC 正调控苹果低氮耐受性
在低氮胁迫下，与野生型相比，过表达株系的光合能力显著提高，根系也更加发达。这种增强使过表达株系的细根表面在低氮胁迫下表现出比WT更大的硝酸根净流入。转录组和碳水化合物分析表明，苹果中 MdTYDC 的过表达通过促进与碳水化合物相关基因的表达，提高了可溶性糖和山梨醇的含量，从而增强了低氮耐受性。此外，外源多巴胺和 MdTYDC 的过表达都激活了 MdORG2 （一种bHLH转录因子）的表达，而MdORG2反过来直接结合 MdTYDC 的启动子，并激活其表达，提高多巴胺含量，从而增强苹果的低氮耐受性。
该研究阐明了多巴胺缓解苹果低氮胁迫的潜在调控机制（图2），研究结果为植物低氮胁迫反应机制提供了宝贵的见解，并为提高作物抗逆性和产量提供了潜在的策略。
图2 多巴胺通过 MdTYDC 和MdORG2相关通路调控苹果耐低氮性的分子机制
该研究得到新疆重点研发计划项目（2023B02018-2）、国家重点研发计划项目（2023YFD2301000）、中国农业科研体系专项基金（CARS-27）、国家自然科学基金项目（31972389）和中国高校科学基金项目（2452023067）的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1111/pce.15153
