乙烯介导的代谢调控与气孔关闭协同增强甘蓝型油菜耐涝性的分子机制

推荐：为解析甘蓝型油菜耐涝性差异的分子机制，研究人员比较了耐涝型（126）和敏感型（85）基因型在淹水胁迫下的乙烯信号通路。研究发现耐涝型通过激活SAMS-ACS-ACO途径显著提升乙烯合成（94.08%），协同调控抗氧化酶（SOD/CAT/POD）、气孔关闭及木质素沉积，从而维持光合和结构完整性。该研究为作物耐涝育种提供了新靶点。

　　

全球气候变化导致涝渍灾害频发，严重威胁农业生产，其中甘蓝型油菜（Brassica napus L.）作为全球第二大油料作物，苗期对涝害尤为敏感，可造成10%以上的产量损失。传统研究多聚焦根系缺氧响应，而叶片作为光合作用的核心器官，其乙烯调控机制在耐涝性中的作用尚不明确。湖南农业大学团队通过对比耐涝型（126）和敏感型（85）基因型，首次揭示了叶片乙烯信号"三位一体"的协同防御机制。

研究采用生理生化测定与分子生物学相结合的策略，通过10天淹水处理模拟田间涝害，利用银离子抑制剂（STS）和乙烯利（ET）调控内源乙烯水平，结合SPAD-502叶绿素仪、扫描电镜观察气孔动态，通过ELISA检测激素含量，并采用qRT-PCR分析BnEIN3/BnERF73等关键基因表达。

3.1 基因型表型差异

耐涝型126在淹水后保持84.7%存活率，敏感型85仅60.7%。126通过维持较高叶绿素含量（SPAD值下降13.9% vs 85的15.4%）和生物量（减少12.0% vs 85的32.1%），表现出更强的光合器官保护能力。

3.2 乙烯合成通路激活

126通过提升S-腺苷甲硫氨酸合成酶（SAMS）活性20.7%、ACC氧化酶（ACO）活性34.2%，驱动乙烯含量激增94.08%，同时上调BnEIN3/BnERF73表达。而85的ACC合成酶（ACS）活性反而降低20.6%，乙烯增幅仅8.2%。

3.3 抗氧化防御系统

126的SOD、CAT、POD活性分别达对照的7.9倍、3.5倍和5.5倍，且乙烯抑制实验（WL+STS）导致酶活性显著回落，证实乙烯是抗氧化响应的核心调控者。

3.4 细胞壁重塑策略

耐涝型通过乙烯促进木质素沉积（较85高2.3倍），而敏感型依赖纤维素/半纤维素强化。STS处理使126木质素含量降低41%，揭示乙烯驱动细胞壁组分"防御型"重构。

3.5 气孔调控模式

126气孔关闭率达83.61%，且受STS抑制降至51.24%，表明其通过乙烯直接调控气孔；而85依赖ABA-乙烯协同途径（ABA含量增加62.2%），代价是更高的能量消耗。

该研究发表于《Industrial Crops and Products》，创新性提出"乙烯枢纽"模型：耐涝基因型通过快速放大乙烯信号，整合代谢防御（抗氧化酶）-结构适应（木质素沉积）-气孔优化三位一体响应。相比传统ABA依赖型策略，这种机制能以更低能耗维持长期缺氧耐受，为设计"乙烯敏感型"育种标记提供了理论依据。团队发现乙烯降解通路在涝害中变化不显著，提示通过基因编辑增强SAMS-ACO模块可能是提升作物耐涝性的精准靶点。