《Plant Stress》：Overexpression Of SlPSAN Promotes Salinity Stress Tolerance in Tomato Seedlings
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本研究針對鹽脅迫嚴重制約番茄生長和產量的生產難題，聚焦光系統I反應中心亞基N(SlPSAN)基因的功能解析。研究人員通過構建過表達和基因敲除株系，發現SlPSAN過表達能顯著提升番茄幼苗的鹽脅迫耐受性，具體表現為促進植株生長、提高葉綠素含量、增強抗氧化酶(SOD、POD、CAT、APX)活性、降低活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)積累。該研究為利用基因工程技術改良作物耐鹽性提供了新靶點，對保障園藝作物安全生產具有重要意義。
隨著全球鹽漬化土壤面積的不斷擴大，鹽脅迫已成為制約農業生產的世界性難題。據統計，全球約有20%的灌溉農田受到鹽漬化影響，每年因鹽害造成的作物減產高達20%。番茄作為世界范圍內的重要蔬菜作物，對鹽分極為敏感，土壤鹽漬化導致其產量和品質顯著下降。面對這一嚴峻挑戰，挖掘作物自身的耐鹽遺傳資源，闡明其分子調控機制，成為當前農業生物技術研究的熱點。
傳統育種手段在改良作物耐鹽性方面進展緩慢，而現代基因工程技術為快速培育耐鹽新品種提供了有效途徑。光系統I作為光合作用的關鍵組成部分，其功能穩定性直接影響植物對逆境的響應。然而，關于光系統I亞基如何參與植物鹽脅迫應答的分子機制尚不明確。近期發表在《Plant Stress》的研究論文首次系統揭示了番茄光系統I反應中心亞基N(SlPSAN)在鹽脅迫應答中的關鍵作用。
研究人員采用多學科交叉的研究方法，通過酵母異源表達驗證SlPSAN功能，利用CRISPR/Cas9技術構建番茄突變體，結合生理生化測定和轉錄組分析等技術平臺，從表型、生理到分子水平系統解析了SlPSAN的耐鹽機制。實驗材料包括野生型番茄、SlPSAN過表達株系和基因敲除突變體，所有材料均用200mM NaCl進行鹽脅迫處理。
研究首先通過生物信息學分析發現SlPSAN啟動子區含有豐富的逆境響應順式作用元件，暗示其可能參與脅迫應答。亞細胞定位實驗證實SlPSAN定位于細胞核，為進一步研究其轉錄調控功能提供了線索。
SlPSAN響應鹽脅迫的功能驗證
在酵母系統中，SlPSAN過表達菌株在100mM NaCl脅迫下表現出更強的生長優勢，初步證實了該基因的耐鹽功能。擬南芥atpsan T-DNA插入突變體在鹽脅迫下發芽率和根長顯著降低，進一步驗證了PSAN基因在植物鹽脅迫應答中的保守性。
SlPSAN調控番茄耐鹽性的表型證據
在番茄中，SlPSAN過表達株系（OE7和OE8）的根冠鮮重和干重均顯著高于野生型，而敲除株系（psan1和psan2）則表現出明顯的鹽敏感表型。特別是在200mM NaCl脅迫下，過表達株系的莖鮮重增加了10.54%-17.45%，根鮮重增加了15.50%-16.67%，而敲除株系的相應指標下降了28.47%-38.36%。
光合特性與抗氧化系統的調控機制
深入機制研究發現，SlPSAN過表達顯著緩解了鹽脅迫對光合系統的損傷。過表達株系的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和總葉綠素含量分別比野生型提高8.16%-49.15%，同時葉綠素熒光參數Fv/Fm、Fv'/Fm'和ΦPSII也明顯改善。在抗氧化系統方面，SlPSAN過表達增強了超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)的活性，有效降低了活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)的積累。
離子穩態與營養代謝的調節作用
SlPSAN還參與了離子平衡的調控。過表達株系在鹽脅迫下能維持較高的K+、Ca2+、Mg2+等必需元素含量，減輕了Na+毒害效應。這表明SlPSAN可能通過調節離子轉運系統來維持細胞離子穩態。
轉錄組分析揭示的分子網絡
轉錄組分析發現，SlPSAN敲除影響了982個差異表達基因，這些基因富集在應激響應、免疫系統過程和解毒等生物學通路。KEGG分析顯示，光合作用、谷胱甘肽代謝和MAPK信號通路等與逆境適應相關的通路被顯著激活。
討論與展望
本研究首次系統闡明了SlPSAN通過多途徑增強番茄耐鹽性的分子機制：一方面通過激活抗氧化酶系統清除過量ROS，保護光合機構；另一方面調節離子轉運和營養平衡，維持細胞穩態。這些發現不僅深化了對光合系統蛋白逆境響應功能的認識，也為作物耐鹽遺傳改良提供了新基因資源。
值得注意的是，SlPSAN作為光系統I組分，其耐鹽功能可能與其在光合電子傳遞中的重要作用相關。鹽脅迫會導致光合電子傳遞鏈受阻，產生過量ROS，而SlPSAN可能通過維持電子流順暢來減輕氧化損傷。這種"一因多效"的特性使其成為作物抗逆育種的理想靶點。
未來研究可進一步探索SlPSAN與其他脅迫響應蛋白的互作網絡，以及在不同作物中的功能保守性，推動其在農業生產中的實際應用。隨著基因編輯技術的快速發展，基于SlPSAN的分子設計育種有望為鹽漬化土壤的作物生產提供新的解決方案。
