小麦花青素酰基转移酶TaMAT1a-2B通过调控花青素酰化介导盐胁迫耐受性的分子机制

本研究针对土壤盐渍化导致作物减产的重大农业问题，通过GWAS（全基因组关联分析）和转录组测序技术，在小麦中鉴定出关键盐胁迫响应基因TaMAT1a-2B。研究发现该基因编码的花青素酰基转移酶通过促进花青素酰化修饰（anthocyanin acylation），显著增强ROS（活性氧）清除能力，而转录抑制因子TaLBD27-3D通过负调控TaMAT1a-2B表达降低耐盐性。该成果发表于《Cell Reports》，为作物抗逆育种提供了新靶点。

　　

全球约40%灌溉耕地受盐渍化威胁，到205年粮食需求预计增长60%，而小麦等重要作物在NaCl浓度超过100 mM时生长即受抑制。盐胁迫引发渗透失衡、离子毒性和活性氧(ROS)爆发，其中ROS如同"双刃剑"——低浓度时作为信号分子，过量积累则导致膜系统和蛋白质损伤。虽然花青素(anthocyanin)具有强大抗氧化能力，但其游离状态极不稳定，而酰化修饰能显著提升稳定性。然而，植物如何通过花青素修饰响应盐胁迫的机制仍是未解之谜。

为揭示这一机制，Yifan Lu等研究者对279份小麦种质进行GWAS分析，在2B染色体750-752 Mb区间发现与相对茎干重(RSDW)和根干重(RRDW)显著关联的位点。结合盐敏感型(X276)和耐盐型(X118)材料的转录组数据，锁定候选基因TaMAT1a-2B——该基因在耐盐材料中显著上调，编码BAHD家族花青素5-芳香酰基转移酶。单倍型分析显示，携带Hap1单倍型的材料具有更高表达量和耐盐性。

研究团队运用病毒诱导基因沉默(VIGS)、转基因过表达、代谢组学和酶活测定等关键技术：通过构建BSMV:TaMAT1a-2B沉默株系和Ubi启动子驱动的过表达株系；利用UHPLC-C-MRM-MS系统进行花青素代谢物检测；采用酵母单杂交(Y1H)和电泳迁移率变动分析(EMSA)鉴定上游调控因子；通过ABTS法比较酰化/非酰化花青素的抗氧化能力。

TaMAT1a-2B正向调控小麦耐盐性

沉默TaMAT1a-2B导致植株盐敏感性增强，生物量和相对含水量显著降低；而过表达株系在150 mM NaCl处理下存活率提升至92%（野生型仅45%），Na⁺积累减少。

酰化修饰增强ROS清除能力

代谢组学揭示过表达株系中丙二酰基化产物malvidin-3-O-(6-O-malonyl-beta-D-glucoside)和香豆酰化产物malvidin-3-O-(6-O-p-coumaroyl)-glucoside显著增加，伴随前体malvidin-3-O-glycoside减少。体外酶活实验证实TaMAT1a-2B能催化上述酰化反应。喷洒花青素实验显示，10 mg/L处理使小麦生物量提升47%，且酰化产物抗氧化能力较非酰化形式提高2.3倍。

TaLBD27-3D-TaMAT1a-2B调控模块

Y1H筛选发现LOB结构域转录因子TaLBD27-3D结合TaMAT1a-2B启动子。双荧光素酶报告系统证实TaLBD27-3D抑制TaMAT1a-2B表达，其表达模式与盐胁迫下TaMAT1a-2B呈负相关。沉默TaLBD27-3D产生类似过表达表型——花青素含量增加32%，ROS水平降低，耐盐性增强。

这项研究首次阐明花青素酰化修饰与作物耐盐性的分子关联，揭示TaLBD27-3D-TaMAT1a-2B模块通过"转录抑制-酶活调控-代谢重塑"三级网络调控ROS稳态。不仅为理解植物非生物胁迫响应提供新视角，更为分子设计育种提供了可操作的遗传靶点——通过编辑该模块或外源施用酰化花青素，有望培育适应盐渍化耕地的高产小麦品种。研究局限性在于TaMAT1a-2B可能还存在其他底物，且盐胁迫如何特异性调控TaLBD27-3D表达仍需深入解析。