通过果实分析以及在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中的异源表达，揭示了JrPPO1和JrPPO2在植物应激反应中的不同作用

《Journal of Plant Growth Regulation》：Distinct Roles of Walnut JrPPO1 and JrPPO2 in Plant Stress Responses Revealed Through Fruit Assays and Heterologous Expression in Arabidopsis thaliana

核桃中JrPPO1和JrPPO2基因的功能分化研究显示，JrPPO1主导果肉褐变，而JrPPO2通过增强抗氧化酶活性及上调防御基因调控生物/非生物胁迫响应，其过表达可提升核桃抗逆性而不影响果实品质。

　　

摘要

多酚氧化酶（PPO）是一种关键酶，参与水果褐变、植物防御以及植物生长发育过程中的多种生理过程。然而，选择性抑制PPO基因在减轻水果褐变的同时不损害植物抗逆能力的作用机制尚不明确。本研究选择了易发生褐变的新鲜带壳核桃（Juglans regia），通过果实储存实验和在Arabidopsis thaliana中的异源过表达实验，探讨了其两个PPO基因JrPPO1和JrPPO2在应激反应中的不同作用。在改良大气包装（MAP）条件下，JrPPO1的表达受到抑制，但可被H?O?处理诱导激活，其活性水平与褐变程度呈负相关。相比之下，JrPPO2的表达模式较为不稳定。在炭疽病病原体感染时，短暂沉默JrPPO2导致3天病斑面积显著大于JrPPO1被沉默的果实及对照组果实。对纯合T3代转基因Arabidopsis系进行评估后发现，在250 mM NaCl条件下，JrPPO2过表达（OE-JrPPO2）系的发芽率（81.95–95.57%）显著高于野生型（WT）和JrPPO1过表达（OE-JrPPO1）系，且根系伸长长度也更长。在Pst DC3000感染过程中，OE-JrPPO2组的O?·?和MDA积累量较低，SOD、POD及PPO活性升高，Fv/Fm值提高，细菌数量显著减少；而OE-JrPPO1组的光合能力受损，病原体负载量增加。此外，JrPPO2过表达还上调了AtNPR1、PR1、PDF1.2和LOX3的表达，进一步证实了其在防御调节中的重要作用。这些发现表明JrPPO1和JrPPO2具有功能分化：JrPPO1主要调控水果褐变，而JrPPO2则整合了非生物和生物胁迫的抗逆机制。针对JrPPO2的靶向调控为提高核桃的抗逆性提供了有前景的策略，同时不会影响果实品质。