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花生中AhABI4s负调控盐胁迫响应的分子机制研究

1. 研究团队与发表信息
本研究由山东农业大学的刘凤珍（Fengzhen Liu）、丁兆军（Zhaojun Ding）和万勇善（Yongshan Wan）团队主导，合作单位包括山东大学生命科学学院。研究论文题为《AhABI4s negatively regulate salt-stress response in peanut》，于2021年10月14日发表于《Frontiers in Plant Science》（期刊编号：DOI: 10.3389/fpls.2021.741641）。

2. 学术背景与研究目标
盐胁迫（salt stress）是限制全球农业发展的主要非生物胁迫之一，尤其对花生（Arachis hypogaea L.）这类中度盐敏感作物影响显著。花生是中国重要的油料与经济作物，但其耐盐机制尚不明确。脱落酸不敏感蛋白4（Abscisic Acid Insensitive 4, ABI4）是AP2/ERF转录因子家族成员，在拟南芥中被证实通过调控离子转运体（如HKT1;1）和活性氧（ROS）代谢负调控耐盐性。然而，其在花生中的作用机制尚未解析。本研究旨在：（1）明确AhABI4s在花生盐胁迫响应中的功能；（2）通过多组学分析揭示其下游靶基因及调控网络；（3）挖掘离子转运蛋白的翻译后修饰（如磷酸化）在耐盐性中的作用。

3. 研究流程与方法
研究分为以下核心步骤：

3.1 AhABI4s基因克隆与表达分析
从花生品种“丰花2号”（Fenghua 2）中克隆出两个ABI4同源基因（AhABI4A和AhABI4B），通过RACE技术获得全长cDNA。qRT-PCR显示，盐胁迫（200 mM NaCl）下AhABI4s在根和叶中显著诱导表达，且在种子萌发期高表达，暗示其参与胁迫响应。

3.2 病毒诱导基因沉默（VIGS）与表型分析
采用全植株VIGS技术（基于pTRV载体）沉默AhABI4s。实验组（AhABI4s-silenced）与对照组（mock）各150株幼苗经真空渗透法处理。盐胁迫14天后，沉默植株的存活率（34.33% vs 10.66%）、生物量积累及根冠比显著高于对照组，表明AhABI4s负调控耐盐性。

3.3 多组学联合分析
（1）转录组：对盐胁迫下沉默与对照植株的叶和根进行RNA-seq，鉴定到15,247个差异表达基因（DEGs），其中2,353个含有ABI4结合元件S-box（CACT(G/T)GCA）。
（2）蛋白质组与磷酸化修饰组：通过TMT标记和LC-MS/MS技术，量化了7,748个蛋白质和5,901个磷酸化位点。63个基因在转录和翻译水平均受AhABI4s调控，包括热激蛋白HSP70、果糖激酶（fructokinase）和丙酮酸激酶（pyruvate kinase）。
（3）电泳迁移率实验（EMSA）：证实AhABI4蛋白可直接结合上述靶基因启动子。

3.4 离子转运体调控网络
发现31个离子转运体/通道（如SOS1、NHX、NCX）的蛋白水平或磷酸化修饰受AhABI4s影响。例如，Na+/H+逆向转运体（NHX）的Thr102磷酸化在沉默植株根中显著降低，可能增强其活性以促进Na+区隔化。

4. 主要结果与逻辑关联
（1）表型数据证实AhABI4s沉默提升耐盐性，为后续组学分析提供表型基础。
（2）转录组揭示AhABI4s通过S-box调控靶基因，且结合偏好性（如叶中偏向CACTGGCA）可能决定其激活或抑制功能。
（3）蛋白质组与磷酸化组发现AhABI4s通过翻译后修饰调控离子稳态，如NCX的Ser391磷酸化在叶中上调，可能影响Ca2+信号传导。
（4）EMSA验证了AhABI4s的直接靶基因，构建了“转录因子-靶基因-离子转运”调控轴。

5. 研究结论与价值
（1）科学价值：首次在花生中阐明AhABI4s通过多层级调控（转录、翻译、磷酸化）负调控耐盐性，丰富了植物ABI4的功能多样性。
（2）应用价值：AhABI4s可作为基因编辑靶点培育耐盐花生品种；鉴定的磷酸化位点（如NHX-Thr102）为分子设计提供新靶标。
（3）理论创新：提出“ABI4-离子转运-蛋白修饰”协同调控模型，为作物耐盐机制研究提供新视角。

6. 研究亮点
（1）首次将全植株VIGS技术与多组学（转录组、蛋白质组、磷酸化组）结合解析花生耐盐机制。
（2）发现AhABI4s对离子转运体磷酸化的调控，拓展了转录因子功能的研究维度。
（3）鉴定到63个转录-翻译共调控靶基因，为作物逆境响应提供关键候选基因库。

7. 其他价值
本研究建立的磷酸化修饰数据库（如NCX-Ser391）可为后续功能验证提供资源。此外，发现的Na+传感器PGSIP6与钙调蛋白（CMLs）互作网络，为盐胁迫信号转导研究开辟了新方向。