董舒超 凌嘉怡 趙麗萍 宋劉霞 王銀磊 趙統(tǒng)敏

摘要：番茄原產(chǎn)自熱帶地區(qū)，是全世界栽培面積最大的蔬菜之一。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，干旱脅迫是限制番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的主要制約因素。因此，挖掘抗旱基因用于番茄抗旱育種意義重大。番茄的抗旱性狀是由多基因控制的復(fù)雜性狀，而轉(zhuǎn)錄因子能通過轉(zhuǎn)錄級(jí)聯(lián)效應(yīng)同時(shí)調(diào)控干旱脅迫響應(yīng)通路上的多個(gè)基因來調(diào)節(jié)植物的抗旱性，是培育抗旱番茄品種的重要遺傳資源。本文對(duì)近年來有關(guān)轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)番茄抗旱性和參與干旱脅迫響應(yīng)的最新研究成果進(jìn)行了歸納總結(jié)，綜述了bHLH、MYB、NAC、bZIP、ERF、WRKY、HD-Zip等家族轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控番茄響應(yīng)干旱脅迫的研究進(jìn)展。在干旱脅迫下，這些轉(zhuǎn)錄因子參與的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)主要涉及脫落酸（ABA）和活性氧等相關(guān)通路。對(duì)轉(zhuǎn)錄因子在培育番茄抗育品種中的應(yīng)用進(jìn)行了討論，提出增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄因子遺傳改良在時(shí)空水平的特異性用于抗旱番茄品種選育的方法，旨在為番茄抗旱育種研究提供新思路。

關(guān)鍵詞：番茄；抗旱性；干旱脅迫響應(yīng)；轉(zhuǎn)錄因子；育種；脫落酸

中圖分類號(hào)：S641.201??文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A??文章編號(hào)：1002-1302（2023）09-0009-08

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金（編號(hào)：32202489）；江蘇省自然科學(xué)基金青年基金（編號(hào)：BK20220743）；江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃現(xiàn)代農(nóng)業(yè)項(xiàng)目（編號(hào)：BE2022339）；江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（蔬菜）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（編號(hào)：JATS［2022］433）。

作者簡(jiǎn)介：董舒超 （1991—），女，湖北人，博士，助理研究員，主要從事番茄抗旱性狀調(diào)控分子機(jī)理研究。E-mail：20221007@jaas.ac.cn。

通信作者：趙統(tǒng)敏，碩士，研究員，主要從事高品質(zhì)番茄育種研究。E-mail：tmzhaomail@163.com。

隨著全球氣候變暖的趨勢(shì)加劇，干旱災(zāi)害發(fā)生越來越頻繁，給全球農(nóng)業(yè)造成的問題越來越嚴(yán)重。在眾多非生物脅迫中，干旱缺水對(duì)作物生產(chǎn)是最具破壞性的，是限制作物品質(zhì)和產(chǎn)量的一個(gè)重要影響因素［1］。根據(jù)聯(lián)合國(guó)發(fā)布的《2022年干旱數(shù)字報(bào)告》顯示，自21世紀(jì)以來，全球干旱災(zāi)害持續(xù)時(shí)間和發(fā)生頻次增加了約29%，其中我國(guó)遭受了近 20 次干旱災(zāi)害。在過去的10年中，干旱造成的全球作物減產(chǎn)損失總計(jì)約 300億美元［2］。例如被譽(yù)為魚米之鄉(xiāng)的江蘇省也曾在2019年秋季遭遇了60年一遇的大面積干旱。為了應(yīng)對(duì)愈發(fā)干旱的自然環(huán)境并保障人類社會(huì)對(duì)作物產(chǎn)量日益增長(zhǎng)的需求，亟需增強(qiáng)作物抗旱能力。

番茄（Solanum lycopersicum L.）富含維生素C、葉酸、番茄紅素、鉀等各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是全球栽培最廣泛的蔬菜作物之一。我國(guó)是目前全球番茄生產(chǎn)量和種植面積最大的國(guó)家，3種類型的番茄：大果型、中果型、櫻桃番茄在山東、江蘇、廣西等地都有廣泛種植。番茄在我國(guó)蔬菜產(chǎn)業(yè)中的商業(yè)價(jià)值極高。番茄原產(chǎn)自南美洲熱帶地區(qū)，種植需水量較多，然而中國(guó)是全球人均淡水資源最貧乏的國(guó)家之一，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所用的淡水資源十分匱乏。

1?干旱脅迫對(duì)番茄的影響

在干旱初期或輕微干旱條件下，番茄根系首先感知土壤中的水分脅迫，引起番茄的根系深扎、根表面積增加、淺層根系減少；干旱后期隨著脅迫加劇番茄根系的正常生長(zhǎng)受到顯著抑制，表現(xiàn)為根表面積、根長(zhǎng)和側(cè)根數(shù)等降低［3］。此外，干旱脅迫誘導(dǎo)多種離子如Ca2+進(jìn)出保衛(wèi)細(xì)胞，使得保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)滲透壓發(fā)生變化，并改變保衛(wèi)細(xì)胞形態(tài)，并改變?nèi)~片的生理生化特性，如造成氣孔關(guān)閉、卷葉、蒸騰速率下降、凈光合作用速率降低、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度下降、光呼吸速率升高，引起番茄葉片光系統(tǒng)損傷。此外，干旱脅迫能觸發(fā)活性氧（reactive oxygen species，ROS）的積累，對(duì)細(xì)胞造成氧化脅迫，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化、膜結(jié)構(gòu)遭到破壞、蛋白質(zhì)和核酸變性等［4］。因此干旱脅迫會(huì)減緩番茄植株的生長(zhǎng)發(fā)育速率、影響干物質(zhì)積累和開花坐果。干旱脅迫嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成番茄植株死亡［5］。

2?抗旱機(jī)制

植物采用多種策略來應(yīng)對(duì)干旱脅迫，并通過多種信號(hào)途徑調(diào)節(jié)生理生化狀態(tài)以適應(yīng)干旱［6］ 。植物適應(yīng)干旱的機(jī)制分為以下3類：（1）避旱，即在干旱來臨之前植物通過加速生長(zhǎng)發(fā)育，縮短生命周期來避開干旱脅迫；（2）耐旱，即植物對(duì)內(nèi)部低含水量條件的耐受性，主要是利用一系列的緩解機(jī)制來維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；（3）御旱，即在干旱脅迫初期植物通過調(diào)整地上部和地下部性狀以減少水分損失，從而維持植物體內(nèi)含水量并預(yù)防組織損傷；其中耐旱性和御旱性被統(tǒng)稱為抗旱性，而在育種研究和生產(chǎn)中增強(qiáng)植物抗旱力相較于避旱力更具有實(shí)踐意義［7］。

干旱脅迫會(huì)激發(fā)一系列應(yīng)激保護(hù)機(jī)制，包括：觸發(fā)抗氧化防御系統(tǒng)以維持氧化還原穩(wěn)態(tài)，并利用抗氧化劑和活性氧清除劑防止急性細(xì)胞損傷，由此維持膜完整性；在嚴(yán)重干旱脅迫下，降低光合酶活性、降低光合作用等生理生化反應(yīng)速率，維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；促進(jìn)甘露醇、脯氨酸、海藻糖等代謝物的產(chǎn)生，而這些代謝物能作為滲透劑有助于維持細(xì)胞滲透勢(shì)、離子平衡、生物膜的完整性，以及防止細(xì)胞內(nèi)水分散失［4，6］。

另外，干旱脅迫也能觸發(fā)植物激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑，包括脫落酸（abscisic acid，ABA）、赤霉素、油菜素內(nèi)酯和乙烯等［8-11］。這些干旱脅迫響應(yīng)的信號(hào)通路存在互作，不同的應(yīng)激機(jī)制能夠相互影響。其中ABA信號(hào)是干旱脅迫響應(yīng)最重要的信號(hào)通路。ABA是一種以異戊二烯為基本結(jié)構(gòu)單位的倍半萜類植物抗逆激素，干旱脅迫能迅速誘導(dǎo)ABA的合成［12］。ABA能促進(jìn)氣孔關(guān)閉從而降低蒸騰速率并減少水分流失、作為信號(hào)分子感知并傳遞干旱脅迫信號(hào)、調(diào)節(jié)干旱脅迫響應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)以協(xié)助植物適應(yīng)干旱環(huán)境［13］。

3?轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的番茄抗旱性調(diào)控

3.1?番茄轉(zhuǎn)錄因子

植物轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor，TF）是通過調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄行使其生物功能的一類蛋白，在調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育和脅迫響應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用［14-16］。研究表明，植物轉(zhuǎn)錄因子能夠通過同時(shí)調(diào)控干旱響應(yīng)通路上的多個(gè)基因來調(diào)節(jié)植物的抗旱性，包括氧化調(diào)控相關(guān)基因、ABA相關(guān)基因、滲透調(diào)節(jié)相關(guān)基因等［17-18］。因此，轉(zhuǎn)錄因子在抗旱育種中具有較高的潛在利用價(jià)值。植物轉(zhuǎn)錄因子數(shù)據(jù)庫（http：//planttfdb.gao-lab.org/index.php）顯示番茄（Solanum lycopersicum）基因組共包含1 845個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，根據(jù)蛋白序列和結(jié)構(gòu)特征這些轉(zhuǎn)錄因子被劃分為包括bHLH、MYB、NAC、bZIP、ERF、WRKY等在內(nèi)的共58個(gè)家族［19，20］。由表1可見，目前被報(bào)道參與番茄對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)和調(diào)節(jié)抗旱性的轉(zhuǎn)錄因子家族主要包括bHLH、MYB、NAC、bZIP、ERF、WRKY、HD-Zip［21-24］。

3.2?bHLH轉(zhuǎn)錄因子

bHLH（basic helix-loop-helix）是真核生物中最大的轉(zhuǎn)錄因子家族［45］。該家族轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)節(jié)植物抗旱性中發(fā)揮重要作用，例如最新的研究顯示花生bHLH轉(zhuǎn)錄因子AhbHLH112能增強(qiáng)花生的抗旱能力，且干旱能顯著誘導(dǎo)其表達(dá)［46］。玉米bHLH轉(zhuǎn)錄因子ZmPTF1通過促進(jìn)根系發(fā)育及ABA合成來調(diào)節(jié)玉米對(duì)干旱脅迫的耐受性［47］。

番茄bHLH轉(zhuǎn)錄因子家族共包含125個(gè)基因，根據(jù)蛋白結(jié)構(gòu)域特征被進(jìn)一步劃分為26個(gè)亞家族［48］。Gong等通過分析抗旱性不同的材料之間基因表達(dá)量的差異發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照材料相比bHLH轉(zhuǎn)錄因子SGN-U215556、SGN-U215557、SGN-U238928、SGN-U217931在抗旱性強(qiáng)的材料中表達(dá)水平顯著升高［25］。目前關(guān)于番茄bHLH家族轉(zhuǎn)錄因子參與干旱脅迫響應(yīng)的研究報(bào)道較少，其調(diào)控抗旱性的分子機(jī)理還有待深入研究。

3.3?MYB轉(zhuǎn)錄因子

Li等在番茄基因組共鑒定出MYB家族轉(zhuǎn)錄因子127個(gè)，基于蛋白結(jié)構(gòu)特征和系統(tǒng)進(jìn)化分析這些轉(zhuǎn)錄因子被進(jìn)一步劃分為18個(gè)亞家族［49］。在擬南芥和一些作物中的研究顯示MYB轉(zhuǎn)錄因子參與了干旱脅迫的響應(yīng)，例如調(diào)控氣孔運(yùn)動(dòng)、葉片發(fā)育、類黃酮和細(xì)胞壁的合成［50］。目前已有直接試驗(yàn)結(jié)果證明番茄MYB轉(zhuǎn)錄因子能調(diào)節(jié)番茄抗旱性，例如過表達(dá)SlMYB49的番茄對(duì)干旱脅迫的耐受性相比野生型顯著提高［26］。最近，Chen等的研究指出MYB家族轉(zhuǎn)錄因子SlMYB55是ABA和干旱響應(yīng)基因，沉默SlMYB55的并表達(dá)能顯著提升番茄的抗旱性。此外，SlMYB55能調(diào)控ABA的合成及信號(hào)通路［27］。

3.4?NAC轉(zhuǎn)錄因子

NAC家族轉(zhuǎn)錄因子是植物特有的，包含NAM、ATAF 和CUC 等3個(gè)結(jié)構(gòu)域。在不同物種中均有報(bào)道說明NAC轉(zhuǎn)錄因子參與植物抗旱性的調(diào)節(jié)。例如煙草NAC轉(zhuǎn)錄因子NtNAC053能增強(qiáng)煙草在干旱脅迫下的存活率［51］。番茄基因組中共含有93個(gè)NAC轉(zhuǎn)錄因子，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征被分為5個(gè)亞家族［14］。Wang等的研究發(fā)現(xiàn)過表達(dá)NAC家族轉(zhuǎn)錄因子SlNAP1顯著提升番茄的抗旱性［28］。番茄SlNAC4 RNAi沉默株系對(duì)干旱脅迫的耐受性低于野生型，說明SlNAC4是調(diào)控番茄抗旱性的正因子［30］。干旱處理能誘導(dǎo)NAC轉(zhuǎn)錄因子SlNAC35的表達(dá)，在煙草中過表達(dá)番茄NAC轉(zhuǎn)錄因子SlNAC35能促進(jìn)根部生長(zhǎng)發(fā)育并提升轉(zhuǎn)基因植株的抗旱性［32］。Jian等研究指出SlNAC6的表達(dá)量在ABA和干旱處理后顯著上升，RNAi沉默SlNAC6表達(dá)的轉(zhuǎn)基因番茄植株比野生型矮小，且對(duì)干旱脅迫的耐受性降低，而SlNAC6的過表達(dá)株系抗旱力增強(qiáng)［31］。此外，在煙草中過表達(dá)番茄NAC轉(zhuǎn)錄因子SlNAC2能提升轉(zhuǎn)基因煙草的抗旱性［29］。Thirumalaikumar等的研究結(jié)果顯示利用VIGS技術(shù)在番茄葉片中沉默NAC轉(zhuǎn)錄因子SlNAC042的表達(dá)后，植株對(duì)干旱脅迫的耐受力顯著低于對(duì)照，說明SlNAC042正向調(diào)控番茄抗旱性［18］。

3.5?bZIP轉(zhuǎn)錄因子

番茄基因組共鑒定出69個(gè)bZIP轉(zhuǎn)錄因子，并根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育分析的結(jié)果將這些轉(zhuǎn)錄因子分為9個(gè)亞家族［52］。 bZIP家族轉(zhuǎn)錄因子與干旱脅迫響應(yīng)的關(guān)聯(lián)在不同物種都有文獻(xiàn)報(bào)道，例如水稻bZIP轉(zhuǎn)錄因子OsbZIP62能提升水稻的抗旱性，且干旱脅迫能誘導(dǎo)OsbZIP62的表達(dá)［53］。棉花bZIP轉(zhuǎn)錄因子GhABF2具有類似功能，其表達(dá)量在干旱處理后上調(diào)，過表達(dá)GhABF2能顯著提升棉花的抗旱性，而沉默GhABF2的轉(zhuǎn)基因棉花對(duì)干旱脅迫相比野生型更敏感［54］。

迄今為止大部分研究都顯示番茄bZIP轉(zhuǎn)錄因子對(duì)番茄抗旱性起到正向調(diào)節(jié)作用，例如Zhu等發(fā)現(xiàn)通過RNAi技術(shù)沉默SlbZIP1基因表達(dá)后，轉(zhuǎn)基因番茄材料SlbZIP1-RNAi對(duì)干旱脅迫的耐受性相較野生型顯著下降。此外，基因沉默株系中ABA含量、抗氧化酶活性及抗逆相關(guān)基因的表達(dá)量也比野生型低［33］。2個(gè)bZIP轉(zhuǎn)錄因子SlAREB1（abscisic acid-responsive element binding）和SlAREB2在番茄根部和莖中的表達(dá)受干旱脅迫誘導(dǎo)，過表達(dá)SlAREB1顯著提升了番茄的抗旱性，而SlAREB1沉默株系抗旱性相較于野生型顯著下降。利用DNA 微陣列技術(shù)分析基因表達(dá)量，結(jié)果顯示SlAREB1參與了氧化脅迫及ABA信號(hào)通路相關(guān)基因的調(diào)控［21］。此外，也有與上述bZIP轉(zhuǎn)錄因子功能不同的報(bào)道。有研究顯示干旱處理導(dǎo)致SlbZIP38表達(dá)量下調(diào)，且過表達(dá)SlbZIP38的轉(zhuǎn)基因番茄植株的抗旱性比野生型低［34］。

3.6?ERF轉(zhuǎn)錄因子

ERF（ethylene response factors）是植物特有的轉(zhuǎn)錄因子家族，在植物防御各種脅迫逆境中起著重要作用。Yang等在番茄基因組中共鑒定出134個(gè)ERF轉(zhuǎn)錄因子，通過系統(tǒng)發(fā)育分析進(jìn)一步將該家族的基因分為12個(gè)亞家族［55］。關(guān)于番茄ERF家族轉(zhuǎn)錄因子參與干旱脅迫響應(yīng)的文獻(xiàn)報(bào)道正逐年增多。

早期的研究發(fā)現(xiàn)水稻中超表達(dá)番茄ERF轉(zhuǎn)錄因子TSRF1能顯著提升水稻的抗旱能力并促進(jìn)ABA合成基因的表達(dá)［35］。另外一項(xiàng)關(guān)于番茄ERF轉(zhuǎn)錄因子在水稻中的研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)JERF1能增強(qiáng)水稻對(duì)干旱脅迫的耐受力，且ABA能誘導(dǎo)該基因的表達(dá)［36］。此外，被報(bào)道參與調(diào)節(jié)抗旱性的番茄ERF轉(zhuǎn)錄因子還包括ERF5 、SlERF84 和SlERF.B1。其中ERF5的表達(dá)受干旱處理誘導(dǎo)，過表達(dá)ERF5能顯著提升番茄的抗旱性［37］。Li等研究發(fā)現(xiàn)干旱或ABA處理能顯著誘導(dǎo)番茄ERF轉(zhuǎn)錄因子SlERF84的表達(dá)，在擬南芥中過表達(dá)SlERF84能顯著提升轉(zhuǎn)基因擬南芥對(duì)干旱脅迫的耐受力［38］。最近的研究報(bào)道顯示，SlERF.B1的表達(dá)受干旱脅迫的誘導(dǎo)，而ABA處理卻抑制其表達(dá)。過表達(dá)SlERF.B1的番茄和擬南芥都表現(xiàn)出對(duì)干旱脅迫的超敏感表型，說明SlERF.B1是番茄抗旱性的負(fù)調(diào)控因子［39］。

3.7?WRKY轉(zhuǎn)錄因子

經(jīng)分析鑒定番茄基因組共包含83個(gè)WRKY轉(zhuǎn)錄因子，根據(jù)蛋白結(jié)構(gòu)特征被分為3個(gè)亞家族，它們中的大多數(shù)是調(diào)控生物和非生物脅迫響應(yīng)的關(guān)鍵因子［56］。Huang等發(fā)現(xiàn)番茄基因組中部分WRKY家族的轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)能受干旱脅迫誘導(dǎo)，包括SlWRKY1、SlWRKY25、SlWRKY31、SlWRKY32、SlWRKY74 ［40］。最近，Ahammed 等研究發(fā)現(xiàn)SlWRKY81能減少脯氨酸合成并降低番茄對(duì)干旱的耐受性［42］。最近，該團(tuán)隊(duì)又發(fā)現(xiàn)SlWRKY81的表達(dá)量在干旱條件下上調(diào)，SlWRKY81沉默后，番茄氣孔在干旱脅迫下閉合加快，且干旱引起的損傷明顯減輕［41］。另外，過表達(dá)SlWRKY8能加快氣孔閉合，促進(jìn)脅迫響應(yīng)基因SlAREB、SlDREB2A、SlRD29的表達(dá)，增加脯氨酸的積累，減少H2O2和MDA（malondialdehyde，丙二醛）的積累，從而提升番茄的抗旱性［43］。

3.8?HD-Zip轉(zhuǎn)錄因子

HD-Zip家族是植物特有的轉(zhuǎn)錄因子，番茄基因組共含有51個(gè)HD-Zip轉(zhuǎn)錄因子（SlHZ01～SlHZ51），根據(jù)外顯子、內(nèi)含子以及蛋白的結(jié)構(gòu)特征被分為HD-Zip Ⅰ～Ⅳ 4個(gè)亞家族［16］。其中 HD-ZipⅠ 和Ⅱ亞家族的轉(zhuǎn)錄因子通常參與將外界環(huán)境信號(hào)傳導(dǎo)至植物體內(nèi)，是調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育以適應(yīng)環(huán)境脅迫的重要因子［57］。例如，Ebrahimian-Motlagh等研究指出超表達(dá)擬南芥HD-ZipⅠ轉(zhuǎn)錄因子AtHB13能顯著提高幼苗的抗旱性，且超表達(dá)株系能維持正常生長(zhǎng)發(fā)育［58］。Zhao等在蘋果（Malus domestica）中的研究顯示，HD-ZipⅠ轉(zhuǎn)錄因子MdHB7能增強(qiáng)轉(zhuǎn)基因蘋果植株的抗旱性，且轉(zhuǎn)基因蘋果植物能正常生長(zhǎng)［24］。超表達(dá)桉樹（Eucalyptus camaldulensis） HD-Zip Ⅱ轉(zhuǎn)錄因子EcHB1能顯著提高桉樹的抗旱性，且超表達(dá)株系的株高相較于野生型顯著提高［59］。Hu等研究報(bào)道了番茄HD-Zip轉(zhuǎn)錄因子在干旱脅迫響應(yīng)中的功能，研究結(jié)果顯示HD-ZipⅠ轉(zhuǎn)錄因子SlHB2的表達(dá)受ABA和干旱處理誘導(dǎo)，SlHB2-RNAi沉默轉(zhuǎn)基因株系在干旱條件下失水率和MDA含量明顯低于野生型，具有更強(qiáng)的抗旱力［44］。

3.9?其他家族轉(zhuǎn)錄因子

除了上述主要的轉(zhuǎn)錄因子家族外，還有其他家族的轉(zhuǎn)錄因子也參與了調(diào)節(jié)番茄干旱脅迫響應(yīng)和抗旱的性轉(zhuǎn)錄因子。例如Filichikin等發(fā)現(xiàn)干旱處理能誘導(dǎo)一些NF-Y和SPL家族轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)［60］。Li 等研究SR/CAMTA家族轉(zhuǎn)錄因子時(shí)發(fā)現(xiàn)，沉默SlSR1表達(dá)的轉(zhuǎn)基因番茄對(duì)干旱脅迫的耐受性降低，且參與干旱響應(yīng)的基因表達(dá)量降低，說明SlSR1正向調(diào)節(jié)番茄抗旱性［61］ 。植物特有的LBD（lateral organ boundaries domain）轉(zhuǎn)錄因子家族成員SlLBD40被敲除后番茄抗旱性顯著提高［62］。與野生型相比，超表達(dá) MADS-box轉(zhuǎn)錄因子SlMBP22的轉(zhuǎn)基因番茄抗旱力增強(qiáng)，且葉綠素、可溶性糖和淀粉含量更高，此外干旱處理能顯著誘導(dǎo)其表達(dá)量［63］。番茄SlNPR1（nonexpressor of pathogenesis-related gene 1）編碼的蛋白能夠激活下游基因表達(dá)，其功能缺失突變體對(duì)干旱脅迫的耐受力明顯弱于野生型［64］。過表達(dá)GATA家族的轉(zhuǎn)錄因子SlGATA17能通過增強(qiáng)抗氧化酶活性和脯氨酸合成來提升番茄的抗旱性［65］。

有研究顯示番茄ZF-HDs（zinc finger-homeodomain proteins） 家族轉(zhuǎn)錄因子SlZH13在葉片中的表達(dá)量受干旱處理顯著誘導(dǎo)，利用VIGS （virus-induced gene silencing） 技術(shù)沉默SlZH13導(dǎo)致番茄抗旱性顯著降低。此外，干旱處理后SlZH13沉默株系中抗氧化酶的活性和脯氨酸含量比對(duì)照植物低，積累更多的ROS和MDA［66］。GRAS家族轉(zhuǎn)錄因子SlGRAS4是干旱脅迫響應(yīng)基因，RNAi沉默SlGRAS4的株系相比野生型對(duì)干旱脅迫更敏感，而過表達(dá)株系對(duì)干旱脅迫有更高的耐受性。SlGRAS4影響了番茄體內(nèi)ROS的積累、ROS清除基因的表達(dá)和ABA信號(hào)通路［67］。

4?展望

番茄抗旱性是由多基因控制的復(fù)雜性狀，受環(huán)境影響大。盡管目前已經(jīng)有一些途徑能夠改善番茄的抗旱性，但抗旱性狀的遺傳和生理復(fù)雜程度高，使得提高抗旱性和培育抗旱品種的工作進(jìn)展緩慢。干旱脅迫危害番茄的生長(zhǎng)發(fā)育，并觸發(fā)干旱脅迫響應(yīng)信號(hào)通路，同時(shí)能誘導(dǎo)或抑制響應(yīng)干旱的轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)；相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子通過轉(zhuǎn)錄級(jí)聯(lián)效應(yīng)同時(shí)調(diào)控干旱響應(yīng)通路上的多個(gè)基因來調(diào)節(jié)番茄的抗旱性，它們的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)涉及對(duì)抗氧化系統(tǒng)、脫落酸信號(hào)途徑、代謝活動(dòng)等的調(diào)控；而這些信號(hào)通路對(duì)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)又能起到反饋調(diào)節(jié)的作用（圖1）。通過合理改造這些調(diào)節(jié)番茄干旱脅迫響應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子能有效運(yùn)用于番茄抗旱育種。

轉(zhuǎn)錄因子是調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育與抗逆性之間平衡的閥門，通常生長(zhǎng)發(fā)育性狀優(yōu)良的材料抗逆性不夠，而抗逆性強(qiáng)的材料生長(zhǎng)發(fā)育有缺陷，這提升了育種中將品質(zhì)和產(chǎn)量相關(guān)的優(yōu)良性狀與抗逆性聚合的難度。例如有些轉(zhuǎn)錄因子雖然能提高番茄的抗旱性，但同時(shí)也影響了番茄正常的生長(zhǎng)發(fā)育。Nir 等研究發(fā)現(xiàn)番茄GRAS家族的轉(zhuǎn)錄因子PROCERA（PRO），能通過提高保衛(wèi)細(xì)胞對(duì)ABA的敏感性來促進(jìn)氣孔關(guān)閉，從而提高番茄抗旱性。組成型過表達(dá)PRO的轉(zhuǎn)基因番茄抗旱性得到顯著提升，但植株表現(xiàn)出嚴(yán)重矮化［17］。另外，Jian等發(fā)現(xiàn)過表達(dá)NAC家族轉(zhuǎn)錄因子SlNAC6能促進(jìn)ABA通路相關(guān)基因表達(dá)、加快氣孔閉合從而顯著提升番茄的抗旱性，但同時(shí)也導(dǎo)致了番茄果實(shí)早熟［31］。因此，組成型過表達(dá)這些抗旱轉(zhuǎn)錄因子在培育抗旱番茄品種中不可取。Nir等還發(fā)現(xiàn)當(dāng)利用KST1啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)PRO在保衛(wèi)細(xì)胞中特異性過表達(dá)時(shí)，轉(zhuǎn)基因番茄的抗旱性得到顯著提升，且能維持正常生長(zhǎng)發(fā)育［17］。除了在特定的組織細(xì)胞中改良抗旱基因的表達(dá)提升番茄的抗旱性以外，通過調(diào)整抗旱基因在特定生長(zhǎng)條件下的表達(dá)模式，如當(dāng)植株受到干旱脅迫時(shí)，也能有效提升番茄對(duì)干旱的耐受力。RD29A是受干旱強(qiáng)誘導(dǎo)的基因，利用RD29A啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)NAC轉(zhuǎn)錄因子AtJUB1表達(dá)，能有效解決組成型過表達(dá)造成擬南芥生長(zhǎng)缺陷的問題，并能顯著提升轉(zhuǎn)基因材料的抗旱能力［58］。類似方法利用RD29A啟動(dòng)子的研究在番茄中也有報(bào)道，例如RD29A啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)AtDREB1A/CBF3在番茄中過表達(dá)能增強(qiáng)轉(zhuǎn)基因番茄材料的的抗旱性、提升抗氧化酶活性和ABA累積量、降低ROS水平［68］。

此外，隨著CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)的優(yōu)化和發(fā)展，該技術(shù)在特定的組織中編輯基因的應(yīng)用越來越廣泛［69］。例如Lei等建立了在棉花花粉中特異性發(fā)揮作用的CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)體系［70］。利用在番茄果實(shí)中特性表達(dá)的基因PPC2的啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)Cas9的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了特異性在番茄果實(shí)中沉默靶基因表達(dá)的目的［71］。

綜上所述，通過遺傳改造抗旱轉(zhuǎn)錄因子來提升番茄抗旱性需要提升特異性。即在特定的組織或細(xì)胞中，或在特定的生育期或生長(zhǎng)環(huán)境中編輯目標(biāo)抗旱基因，從時(shí)空表達(dá)2個(gè)方向更精準(zhǔn)地調(diào)整抗旱基因的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)抗旱育種的目標(biāo)，同時(shí)也更有利于聚合其他高產(chǎn)和品質(zhì)性狀。

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