《Plant Science》：Moderate NaCl modulates tomato fruit sugar–acid ratio via SlSR3-mediated regulation of SlPFK
编辑推荐：
崔爱银|孔圆圆|侯雪梅|梁晨雷|王春雷|于继华|廖伟标甘肃农业大学园艺学院，中国兰州安宁区尹门村1号，730070摘要土壤盐碱化是一种普遍存在的环境胁迫，研究表明它在一定程度上可以提高果实品质。信号响应/钙调蛋白结合转录激活因子（SR/CAMTAs）能够调节植物的生长和应激反应，
崔爱银|孔圆圆|侯雪梅|梁晨雷|王春雷|于继华|廖伟标
甘肃农业大学园艺学院，中国兰州安宁区尹门村1号，730070
摘要
土壤盐碱化是一种普遍存在的环境胁迫，研究表明它在一定程度上可以提高果实品质。信号响应/钙调蛋白结合转录激活因子（SR/CAMTAs）能够调节植物的生长和应激反应，但它们在盐胁迫下改善果实感官品质中的作用仍很大程度上尚未被探索。本研究探讨了SlSR3在NaCl诱导的番茄（Solanum lycopersicum L.）果实糖酸比提高中的作用。所有用于研究的番茄果实均处于相同的发育阶段。50 mM NaCl处理显著提高了野生型和SlSR3过表达型果实的糖酸比，这是通过增加可溶性糖（葡萄糖、果糖、蔗糖）和减少可滴定酸（苹果酸、酒石酸）来实现的。NaCl还增强了蔗糖合成酶（SUS）、磷酸果糖激酶（PFK）和柠檬酸合成酶（CS）的活性。相比之下，这些效应在SlSR3敲除系中基本消失，表明SlSR3对于NaCl诱导的改善是必需的。机制上，NaCl处理上调了果糖和柠檬酸代谢相关基因的表达。酵母单杂交、双荧光素酶报告基因和染色质免疫沉淀定量PCR实验进一步证明SlSR3直接结合到SlPFK启动子上并抑制其转录表达，而NaCl处理显著缓解了这种抑制作用。此外，SlPFK对于SlSR3调节NaCl诱导的糖酸比的功能至关重要。总体而言，我们的发现揭示了NaCl通过减轻SlSR3对SlPFK的转录抑制来促进糖酸比提高，而SlSR3通常对该比例具有负调控作用。这项工作揭示了盐胁迫通过调节SR/CAMTA转录因子来改善果实品质的新机制。
引言
番茄（Solanum lycopersicum L.）是一种经济价值高且营养价值丰富的多肉果实作物，在全球饮食中占有重要地位。随着全球番茄贸易的扩展，果实品质受到了越来越多的关注（Zhu等人，2022年）。多肉果实含有糖类和有机酸，这些化合物通过其含量和比例平衡决定了果实的整体感官品质（Etienne等人，2013年）。番茄果实中的主要糖类包括蔗糖、葡萄糖和果糖；苹果酸和柠檬酸是果实中的两种主要有机酸（Qiao等人，2017年）。多肉番茄果实的成熟是一个复杂的生理过程（Manning等人，2006年）。在果实发育过程中，不同品种会形成各自的生物化学和营养特性，从而决定了其独特的果实品质（Ren等人，2015年）。特别是，糖类和有机酸的代谢特性在此过程中形成，这对番茄果实风味至关重要，因为果实的发育总是伴随着糖的积累和有机酸的降解（Zhang等人，2014年）。同时，淀粉的积累是果实成熟前的主要储存形式，在果实成熟过程中逐渐转化为可溶性糖，包括蔗糖、葡萄糖和果糖（Fan等人，2018年）。阐明果实品质的调控机制将为提高番茄品质和促进其商业价值提供有效策略。
盐碱化是仅次于干旱的最重要的非生物胁迫因素，会导致作物产量显著下降和耕地退化（Razzaq等人，2020年）。盐胁迫的影响因植物种类、品种和盐浓度而异。严重的盐胁迫会抑制碳水化合物的代谢和运输，从而导致作物产量和品质下降（Jumpa等人，2022年）。利用植物多样的盐胁迫适应策略是提高盐碱条件下果实品质的关键。先前的研究表明，在番茄果实发育过程中，适度的盐胁迫可以促进代谢产物的积累，增加果实硬度，并提高果实品质，从而提高番茄在市场上的价值（Li等人，2023年）。此外，盐胁迫通过增加类胡萝卜素、己糖、有机酸和氨基酸的含量来提高番茄果实的营养价值，这对园艺生产非常重要。同时，Meza等人（2020年）报告称，两种传统的地中海番茄品种‘Tomate Pimiento’和‘Muchamiel Aperad’在NaCl处理下可溶性糖含量显著增加，且果实产量没有下降。在常规番茄中，Meza等人（2020年）研究了高盐胁迫（100 mM NaCl）引起的代谢组变化，发现果实品质得到改善，而果实产量显著下降。因此，盐胁迫可以在一定程度上改善果实品质而不影响产量。然而，盐胁迫改善果实品质的机制仍需进一步研究。
信号响应/钙调蛋白结合转录激活因子（SR/CAMTA）家族最初在烟草（Nicotiana tabacum）中被发现，是一类新的钙/钙调蛋白调控的转录因子（Yang和Poovaiah，2000年）。后续研究表明，SR/CAMTA同源物在植物和动物界中普遍存在，强调了它们的进化保守性。在植物中，SR/CAMTA蛋白作为关键节点，整合了多种发育信号和环境信号，调控下游的转录程序，从而控制应激适应、叶绿素稳态和光合作用性能（Yang等人，2012年；Fang等人，2022年）。在模式物种Arabidopsis thaliana中，六个SR/CAMTA成员（AtSR1-AtSR6）在应对非生物刺激（如寒冷、干旱和机械损伤）时表现出不同的表达模式（Bouché等人，2002年）。通过功能缺失和功能获得突变体的研究揭示了该家族中的正负调控作用。值得注意的是，AtSR1会负调控对多种病原体的防御反应，这体现在atsr1敲除系中疾病抗性增强，而过表达时抗性降低（Nie等人，2012年）。相反，AtSR1和AtSR2有助于提高低温和干旱耐受性（Kim等人，2013年）。类似地，水稻的同源基因OsCBT?1也被发现是抗稻瘟病菌和细菌性叶枯病的负调控因子（Koo等人，2009年）。在番茄中，已鉴定并表征了七个SR/CAMTA基因（命名为SlSR1–SlSR7）。表达谱分析显示，SlSR家族成员在干旱、低温、机械损伤以及水杨酸（SA）和甲基茉莉酸（MeJA）等防御相关激素处理下表现出差异性调控（Yang等人，2013年）。后续的功能分析表明，SlSR1L作为干旱胁迫反应的正调控因子，而SlSR1和SlSR3L则作为病原体防御的负调控因子（Li等人，2014年）。尽管这些研究已经确定了SlSRs在应激信号传导中的作用，但这些转录调节因子在不利环境条件下如何影响果实品质特征仍需进一步研究。
我们最近的研究表明，适度的氯化钠（NaCl）处理通过减轻SlSR3对番茄果实中参与番茄红素生物合成基因的转录抑制，显著加速了果实的着色（Hou等人，2025年）。在此基础上，本研究系统地研究了NaCl对番茄果实核心感官品质属性的调控作用，特别关注糖酸平衡，并进一步阐明了SlSR3介导NaCl调节的果实着色和糖酸代谢的分子机制。因此，这些发现将大大扩展我们对SlSR3功能多样性的理解，揭示适度盐胁迫诱导果实品质改善的分子基础，并为通过控制盐胁迫提高番茄果实品质提供理论基础和实践策略，这对盐碱化农业地区的可持续番茄种植具有重要意义。
章节片段
植物材料与生长条件
本研究使用番茄（S. lycopersicum）品种‘Condine Red’作为野生型（WT）。WT和转基因番茄种子均来自我们的实验室。选择了均匀、饱满且无病害的番茄种子进行表面消毒。种子浸泡在10%（w/v）次氯酸钠溶液中8分钟进行表面杀菌，然后用无菌蒸馏水冲洗3-5次以去除残留的消毒剂。随后，将消毒后的种子转移到250 mL...
不同浓度NaCl对果实表型和大小的影响
为了探讨盐胁迫对番茄果实表型和大小的影响，我们进行了为期25天的NaCl浓度梯度分析（0、25、50和100 mM）。首先，我们评估了植物生长特性，以排除可能干扰果实成熟和品质表型的严重非特异性胁迫效应。如图S1A所示，在0（对照）、25和50 mM NaCl处理下，果实分别在第20天、第15天和第10天进入红色成熟阶段...
讨论
在自然和农业条件下，植物生长常常受到环境胁迫的影响。盐胁迫通常会对植物生长和发育产生不利影响，而适当的盐胁迫则能提高果实品质（Toscano等人，2019年）。选择合适的盐浓度来提高果实品质而不降低番茄产量至关重要...
结论
根据这些发现，50 mM NaCl可以促进可溶性糖（葡萄糖、果糖、蔗糖和柠檬酸）的积累，但减少淀粉、苹果酸、酒石酸和可滴定酸的含量，从而提高番茄果实的糖酸比（图7）。此外，50 mM NaCl还增强了SUS、PFK和CS的活性。同时，遗传证据表明SlSR3基因负调控糖酸比，SlSR3基因的参与对于NaCl...
CRediT作者贡献声明
崔爱银：撰写——初稿，正式分析。侯雪梅：正式分析。孔圆圆：方法学。廖伟标：撰写——审阅与编辑，概念构思。于继华：方法学。王春雷：软件操作。梁晨：数据管理。
资助
本研究得到了国家自然科学基金（编号32573015、32360743和32072559）和甘肃省研究生创新之星计划（2025CXZX-802）的财政支持。
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
