近日，西北师范大学生命科学学院揭示了NO和Ca²⁺通过激活油菜幼苗的MAPK级联参与Mel诱导的耐寒性的增强，且NO和Ca²⁺信号之间可能存在串扰。相关研究成果以“Involvement of NO and Ca²⁺ in the enhancement of cold tolerance induced by melatonin in winter turnip rape (Brassica rapa L.)”为题发表在《Plant Physiology and Biochemistry》（IF＝5.437）。
 

▲  《Plant Physiology and Biochemistry》

低温是限制植物生长、地理分布和产量的主要环境因素。低温胁迫对植物的影响主要表现在细胞水的失调、膜系统的破坏、氧化还原平衡的失调、光合速率的降低以及生理代谢等的改变。

褪黑激素（Mel）是一种广泛存在于动物和植物中的吲哚类色胺。在第一个植物Mel受体CAND2/PMTR1被鉴定后，植物褪黑激素被认为是一种植物激素，广泛参与种子发芽、植物生长发育、根部形态发生和果实成熟。

然而，越来越多的研究揭示了Mel在增强植物对生物和非生物胁迫的抵抗力方面的功能。Ca²⁺或NO作为两个信号分子，在执行Mel功能时发挥着重要作用，但这些信号分子是否也参与Mel介导的油菜种子幼苗的耐寒性，以及它们之间是否存在串扰，仍然是未知的。

为了研究Mel对耐寒性的增强是否依赖于Ca²⁺和NO信号传导，本研究以 "龙油8号 "品种为实验材料，初步研究了外源性Mel对冷胁迫下油菜幼苗Ca²⁺浓度和NO含量的影响，并且为了进一步证明这两种信号分子在Mel介导的耐寒性中的作用，研究人员还测定了不同处理下各种抗氧化酶和MAPK级联中两个关键酶，即MAPK3和MAPK6的基因表达水平。
 

▲  用于研究NO和Ca²⁺在Mel诱导的耐寒性增强中的作用的处理方案

在本研究中，NO合成抑制剂或Ca²⁺信号阻断剂处理明显抑制了Mel对冷胁迫下油菜幼苗的生物量、渗透平衡、氧化还原平衡和光合效率的调节作用，说明Ca²⁺和NO信号的参与提高了Mel介导的耐寒能力。

低温对油菜幼苗造成了严重的损害，表现为油菜幼苗相对含水量的减少、氧化应激的产生和光合作用的抑制。然而，用Mel预处理可以显著缓解低温诱导的损伤，因此Ca²⁺和NO对于Mel介导的油菜幼苗的耐寒性是必要的。

MAPK信号级联是植物对逆境胁迫反应的一个完整途径，与植物激素信号密切相关，MAPK3和MAPK6作为MAPK家族的成员，发挥着不可替代的作用，特别是在植物对冷胁迫的反应中。

研究人员发现Mel增加了冷胁迫下油菜幼苗MAPK3和MAPK6基因的表达水平，表明Mel介导的油菜幼苗耐寒能力的增强依赖于MAPK级联。在冷胁迫下，NO合成抑制剂或Ca²⁺信号阻断剂与Mel的联合处理显著逆转了Mel对油菜幼苗MAPK3/6的诱导，表明NO和Ca²⁺是Mel增加MAPK级联表达的必要条件。 
 

▲  通过MAPK级联对芜青的耐寒性提出了NO和Ca²⁺要求的示意图模型

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