近日，山东农业大学园艺科学与工程学院巩彪教授课题组在Plant Physiology发表了“Genetic engineering of drought- and salt-tolerant tomato via Δ1-pyrroline-5-carboxylate reductase S-nitrosylation” 的研究论文，揭示了一氧化氮（NO）通过S-亚硝基化修饰脯氨酸合成关键酶Δ1-pyrroline-5-carboxylate reductase（P5CR），增强番茄脯氨酸合成和盐碱、干旱抗性的分子机制。并提出SlP5CRCys5遗传位点在番茄耐盐抗旱和节水农业中的潜在应用价值，为番茄抗逆生物育种提供新的遗传改良靶点。
虽然脯氨酸在增强植物耐盐和抗旱中的作用早已知晓，但是植物感知逆境并调控脯氨酸合成的分子机制仍不清晰。干旱和盐碱胁迫能够刺激番茄胞内NO产生，通过激活脯氨酸合成关键基因SlP5CS1/2和SlP5CR的表达，以及提高P5CR酶的活性来促进脯氨酸合成。
该研究发现，逆境诱导的NO能够S-亚硝基化修饰SlP5CR的Cys5位点，通过提高SlP5CR与辅酶因子NAD(P)H的亲和力，增强P5CR酶活性。S-亚硝基化修饰的SlP5CR能使番茄更高效地适应逆境中NAD(P)H的变化水平，促进SlP5CR活性和脯氨酸合成。通过对Cys5位点的遗传改良，创制了模拟SlP5CR的S-亚硝基化修饰的转基因番茄（SlP5CRC5W），发现SlP5CRC5W植株在盐碱和干旱栽培条件下表现出更好的生长特性和胁迫耐受性。这归因于SlP5CRC5W植株具有更高的P5CR活性、脯氨酸合成能力、水分利用效率、活性氧清除和钠解毒能力。
综上，该研究表明遗传改造SlP5CR的Cys5位点能够使番茄在干旱和盐碱条件下表现出更好的生长状态。该研究为番茄SlP5CR在耐盐、抗旱生物育种中的应用提供了理论基础。
图1 机理模型。番茄响应盐碱和干旱胁迫产生NO并S-亚硝基化修饰SlP5CR的Cys5位点，促进SlP5CR蛋白构象改变，增加对NAD(P)H的亲和力，提高P5CR酶活性和脯氨酸合成能力，增强番茄抗逆性。
该研究得到了国家自然科学基金、泰山学者工程计划、国家盐碱地综合利用技术创新中心揭榜挂帅项目和山东省青创团队支持计划的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiae156
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