张显教授课题组揭示了褪黑素延缓甜瓜叶片衰老的机制

近日，瓜类作物种质资源与遗传育种研究团队在国际知名期刊《Plant Cell & Environment》上发表了题为“Melatonin delays ABA-induced leaf senescence via H2O2-dependent calcium signaling”的研究论文，揭示了褪黑素通过H2O2和Ca2+信号通路延缓甜瓜叶片衰老的机理。

叶片早衰抑制植物生长发育，进而影响作物的产量和品质。甜瓜（Cucumis melo L.）是我国重要的园艺作物。低温、高温、干旱、病虫害等多种逆境易导致甜瓜叶片早衰，降低产量和果实品质。脱落酸（ABA）是诱导植物叶片衰老的关键植物激素之一。研究表明褪黑素在调节叶片衰老过程中与ABA存在拮抗作用，但其作用机制仍不清楚。

该研究发现外源褪黑素可以保护光系统Ⅱ，延缓ABA胁迫下甜瓜成熟叶片的衰老。高浓度ABA胁迫下，褪黑素诱导了甜瓜respiratory burst oxidase homolog D（CmRBOHD）的表达，促进H2O2的积累。褪黑素和H2O2均能诱导细胞质中游离Ca2+（[Ca2+]cyt）的积累，而Ca2+通道抑制剂抵消了褪黑素和H2O2延缓叶片衰老的作用。在拟南芥中过表达甜瓜CmRBOHD基因诱导了[Ca2+]cyt积累并延缓拟南芥叶片衰老，而拟南芥中AtRBOHD基因缺失抑制了ABA胁迫下褪黑素对[Ca2+]cyt的诱导和对叶片衰老的延缓作用。此外，褪黑素、H2O2和Ca2+抑制了ABA诱导的K+外流和细胞死亡。CmRBOHD异源过表达和AtRBOHD基因缺失分别抑制和促进了ABA对K+外流的诱导。

综上所述，该研究揭示了一种新的褪黑素延缓叶片衰老的机制。褪黑素可以诱导CmRBOHD的表达和H2O2的积累。H2O2的增加诱导了了[Ca2+]cyt积累，抑制K+外流和细胞死亡，进而延缓ABA诱导的叶片衰老。

李好副教授为论文通讯作者，博士研究生郭延亮为论文第一作者。该研究得到了国家现代农业产业技术体系、国家自然科学基金、陕西省科技创新团队、陕西省青年科技新星和西北农林科技大学仲英青年学者等项目资助。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pce.14482