近日，園藝科學(xué)與工程學(xué)院王小非教授團(tuán)隊在《Plant Cell & Environment》在線發(fā)表了題為“The AP2/ERF transcription factor MdDREB2A regulates nitrogen utilisation and sucrose transport under drought stress”的研究論文，揭示了AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子MdDREB2A調(diào)控干旱脅迫下的氮素利用和蔗糖轉(zhuǎn)運的分子機(jī)制。

干旱脅迫是限制植物生長發(fā)育的主要環(huán)境因子之一，它通過改變代謝活動和生物學(xué)功能限制植物的生長發(fā)育，最終導(dǎo)致作物質(zhì)量和產(chǎn)量的下降。植物通過改變根系構(gòu)型、誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉和抑制地上部的生長來適應(yīng)土壤水分的變化。氮是植物最重要的大量營養(yǎng)元素之一，它調(diào)節(jié)植物生長和發(fā)育過程，水分缺乏會限制氮素的吸收利用，使植株生長矮小。蔗糖是植物的主要碳源之一，它通過韌皮部從源組織運輸?shù)綆旖M織。水分虧缺增強(qiáng)了蔗糖從地上部到地下部的運輸，從而提高了對非生物脅迫的耐受性。然而，干旱脅迫對植物生長和碳氮代謝的影響在木本植物中的研究較少。

AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子DREB2A在維持植物生長、響應(yīng)干旱脅迫中起著關(guān)鍵作用，但這一過程的分子機(jī)制仍有待闡明。本研究中發(fā)現(xiàn)，MdDREB2A通過與MdNIR1啟動子結(jié)合，促進(jìn)氮素在根系的積累，抑制其向地上部的轉(zhuǎn)運，從而正向調(diào)節(jié)氮利用。此外，MdDREB2A還可以直接與MdSWEET12的啟動子結(jié)合，促進(jìn)干旱條件下的蔗糖轉(zhuǎn)運，從而促進(jìn)根系發(fā)育和氮素同化，最終促進(jìn)植物生長。總之，這一調(diào)控機(jī)制為植物在干旱脅迫下協(xié)調(diào)抗旱性和氮素同化以維持植物的最佳生長發(fā)育提供了思路。

干旱脅迫下MdDREB2A介導(dǎo)氮代謝和蔗糖運輸，激活的DREB2A直接上調(diào)干旱響應(yīng)基因RD29A和RD29B的表達(dá)，以增強(qiáng)耐旱性。此外，干旱誘導(dǎo)的MdDREB2A直接與蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白MdSWEET12啟動子結(jié)合，并激活SUTs基因的表達(dá)，從而促進(jìn)蔗糖從地上部到地下部的運輸。同時，MdDREB2A還可以直接激活MdNIR1的表達(dá)，促進(jìn)氮代謝和植物生長，參與硝酸鹽同化和吸收的其他基因也被上調(diào)。總體而言，MdDREB2A介導(dǎo)的碳轉(zhuǎn)運和氮代謝的協(xié)同調(diào)節(jié)促進(jìn)了干旱條件下碳和氮養(yǎng)分的再分配和有效利用，從而平衡植物生長和干旱脅迫耐受性。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)與石河子大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生張婷婷和中國科學(xué)院上海植物逆境生物學(xué)研究中心已畢業(yè)博士生林宇菁為論文共同第一作者，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)王小非教授、南方科技大學(xué)郎曌博教授和西北農(nóng)林科技大學(xué)管清美教授為共同通訊作者。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)由春香教授、張振魯副教授、張帥副教授、石河子大學(xué)魯曉燕教授參與了該工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、山東省自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)研究項目和中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的資助。

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波