馬斯琦 劉萬(wàn)峰 呂林 李義強(qiáng) 高軍平 杜興華 蒲文宣

摘? 要：煙草的生長(zhǎng)發(fā)育極易受到不良環(huán)境的影響，導(dǎo)致煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)下降，其對(duì)不利環(huán)境因素的抗性受植物激素的調(diào)控。植物激素脫落酸是植物體內(nèi)五大類激素之一，參與植物的生長(zhǎng)發(fā)育，可提高植物對(duì)非生物逆境脅迫的抗性。以脫落酸為核心的基因工程技術(shù)是目前作物抗逆育種的重點(diǎn)策略之一，本文重點(diǎn)總結(jié)煙草中脫落酸的相關(guān)研究進(jìn)展，包括一般功能、抵御非生物逆境的功能、代謝和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑等，以期為煙草抗逆育種提供理論支持和技術(shù)方法借鑒。

關(guān)鍵詞：煙草;脫落酸;非生物逆境

Review on Abscisic Acid （ABA） in Tobacco

MA Siqi¹， LIU Wanfeng²， LYU Lin¹， LI Yiqiang¹， GAO Junping²， DU Xinghua³， PU Wenxuan^2*

（1. Tobacco Research Institute， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Qingdao 266101， China; 2. Chinese Tobacco Hunan Industrial Corporation， Changsha 410007， China; 3. Shaanxi Provincial Tobacco Monopoly Administration， Xi'an 710061， China）

Abstract： Tobacco plant is quite vulnerable to abiotic stresses during its growth and development， which often results in the yield and quality decline of tobacco leaves. Thus it is urgent to enhance tobacco resistance to abiotic stress. The phytohormone abscisic acid （ABA） in tobacco can regulate various physiological processes and promote tobacco adaptation to abiotic stresses. ABA engineering might be one of the key strategies to obtain tobacco with tolerance to abiotic stress. This paper focuses on the research progress of ABA in tobacco， including general function， function in abiotic stress， metabolism and signaling pathway， etc.， which might provide reference for the practical applications and research on tobacco stress-resistance breeding.

Keywords： tobacco; abscisic acid; abiotic stress

目前干旱、低溫等非生物逆境脅迫嚴(yán)重影響作物的生長(zhǎng)、制約作物的產(chǎn)量。煙草是重要的經(jīng)濟(jì)作物和模式植物，喜溫喜光且對(duì)水分依賴大，生長(zhǎng)發(fā)育極易受到環(huán)境的影響，因此如何增強(qiáng)煙草自身的抗逆性從而提高煙草的穩(wěn)產(chǎn)性，已成為煙草行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展、國(guó)家農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要研究課題。

植物為了應(yīng)對(duì)不利于生長(zhǎng)的環(huán)境因素，體內(nèi)進(jìn)化出一系列的響應(yīng)機(jī)制和主動(dòng)防御模式，但是這些機(jī)制和模式仍不足以保證它們?cè)诓焕沫h(huán)境中生存。因此，科學(xué)家們嘗試多種策略以提高植物在非生物逆境脅迫下的抗性，其中包括以脫落酸（Abscisic acid，ABA）為核心的基因工程。脫落酸因能促使子葉脫落而得名，廣泛存在于高等植物中，與生長(zhǎng)素、乙烯、赤霉素、細(xì)胞分裂素并列為植物五大類激素。脫落酸是一種小分子物質(zhì)，屬于倍半萜類化合物，主要在細(xì)胞質(zhì)中合成，具有加速器官脫落、促進(jìn)芽和種子的休眠、調(diào)節(jié)種子發(fā)育、

引起氣孔關(guān)閉、增加植株抗逆性等功能^[1-2]。脫落酸因參與各種生物與非生物逆境脅迫應(yīng)答享譽(yù)為“逆境激素stress hormone”^[3-4]。本文主要總結(jié)煙草中脫落酸調(diào)控作物發(fā)育和抗逆的研究進(jìn)展，包括其一般功能、抵御非生物逆境的功能及其合成、代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑等。

1? 脫落酸的一般功能

1.1 ?調(diào)節(jié)種子的休眠與萌發(fā)

種子的休眠與萌發(fā)是植物生命周期中非常重要的階段，也是一個(gè)非常重要的生態(tài)經(jīng)濟(jì)性狀。種子的休眠是一種生存策略，不僅為種子的傳播擴(kuò)散爭(zhēng)取時(shí)間，還可以促使種子在最適宜的環(huán)境條件下萌發(fā)。研究發(fā)現(xiàn)，脫落酸可以促進(jìn)種子休眠、抑制種子萌發(fā)：在胚發(fā)育晚期，胚產(chǎn)生的脫落酸促進(jìn)種子休眠和抑制穗萌，而在種子萌發(fā)過(guò)程中，脫落酸的含量可負(fù)調(diào)控種子吸水吸脹程度^[5]。在煙草種子相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，成熟的干種子中脫落酸含量較高，而在萌發(fā)過(guò)程中脫落酸含量逐漸降低。煙草種子吸水萌發(fā)大致可分為3個(gè)階段，分別是干種子迅速吸水膨脹期、吸水平穩(wěn)期和吸水旺盛期。在煙草種子吸水前兩個(gè)階段脫落酸對(duì)種子吸水沒(méi)有明顯的抑制作用，但第3個(gè)階段明顯受脫落酸抑制。因此，在后熟的煙草種子中降低脫落酸的濃度，可促進(jìn)煙草種子的休眠釋放，提高煙草種子的萌發(fā)效率^[6-7]。

1.2 ?調(diào)節(jié)葉片衰老進(jìn)程

葉片衰老是植物生命周期后期必經(jīng)的生理過(guò)程，受到植物內(nèi)源物質(zhì)和外部環(huán)境的多種因素調(diào)控。衰老的過(guò)程是植物主動(dòng)將營(yíng)養(yǎng)成分轉(zhuǎn)移到新生葉片和種子，蓄積能量促使植物存活和再發(fā)育的過(guò)程，早衰會(huì)縮短農(nóng)作物生長(zhǎng)周期，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。已有研究表明，脫落酸對(duì)植物葉片衰老具有十分顯著的影響，例如脫落酸可以引起植物葉片變黃（衰老的標(biāo)志之一）、葉面噴施脫落酸可以顯著加速葉片的衰老等?？茖W(xué)家們還發(fā)現(xiàn)在一些持綠性較好的品種葉片中脫落酸含量較少，降低體內(nèi)脫落酸的濃度可以減緩葉片衰老。除此之外，脫落酸還可以誘導(dǎo)植物體內(nèi)衰老相關(guān)基因的表達(dá)等^[8]。擬南芥中脫落酸合成或者信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)被抑制的突變體，植株的衰老會(huì)發(fā)生不同程度的改變和延遲，也從遺傳學(xué)的角度上印證了脫落酸參與到植物的衰老調(diào)控^[9]。

煙草葉片的衰老與煙葉生產(chǎn)密切相關(guān)，直接影響著煙草產(chǎn)品的產(chǎn)量、品質(zhì)和效益。煙草是葉用經(jīng)濟(jì)作物，煙葉落黃程度與后續(xù)的調(diào)制加工息息相關(guān)，葉片落黃程度受發(fā)育階段、養(yǎng)分供應(yīng)、水分調(diào)控、環(huán)境溫度等多種因素影響，對(duì)煙葉產(chǎn)品外觀質(zhì)量、物理特性、化學(xué)成分、煙氣特征等質(zhì)量因素有決定性的影響。在煙草葉片衰老過(guò)程中，同樣發(fā)現(xiàn)脫落酸的合成和信號(hào)傳遞都增強(qiáng)，脫落酸信號(hào)傳遞正調(diào)控基因的表達(dá)量升高、負(fù)調(diào)控基因的表達(dá)量降低^[10]。

1.3? 調(diào)控氣孔開(kāi)關(guān)

氣孔是植物葉片表面由保衛(wèi)細(xì)胞形成的開(kāi)孔，可控制植物的氣體交換、葉表面水分蒸發(fā)等。光照可以誘發(fā)氣孔打開(kāi)，脫落酸的積累和高CO₂可以促使氣孔部分關(guān)閉或關(guān)閉^[11]。氣孔關(guān)閉時(shí)，氣體交換減少、光合產(chǎn)物減少，而蒸騰作用減少可減少葉片失水。在干旱條件下，脫落酸調(diào)控保衛(wèi)細(xì)胞離子轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)氣孔關(guān)閉，防止氣孔打開(kāi)，減少水分流失^[12]。研究發(fā)現(xiàn)，脫落酸可以通過(guò)激活質(zhì)膜上的S型離子通道，抑制質(zhì)膜上H⁺-ATPase的活性，誘導(dǎo)氣孔中活性氧（ROS）積累等多種機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)氣孔關(guān)閉^[13]。在干旱情況下氣孔的及時(shí)關(guān)閉可以降低細(xì)胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率，減少水分喪失，提高煙草的抗旱性^[14]。

2? 脫落酸提高植株抵御非生物逆境脅迫的功能

脫落酸具有提高植株抵御非生物逆境脅迫的功能，非生物逆境包含干旱、澇害、高溫、低溫、鹽漬、重金屬離子脅迫等，本文主要總結(jié)其在煙草生產(chǎn)過(guò)程中影響較大的干旱、澇害、低溫、高溫、鹽漬這幾種非生物逆境脅迫條件下的功能。

2.1? 脫落酸與干旱

干旱是主要的非生物逆境脅迫之一，嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)和生物量，世界上有超過(guò)一半的耕地存在不同程度的干旱。干旱脅迫通常會(huì)導(dǎo)致植物發(fā)生滲透脅迫，而滲透脅迫會(huì)影響植物體內(nèi)水分的流失和保持。脫落酸在脅迫過(guò)程中具有類似控制器的功能，可以通過(guò)正調(diào)控內(nèi)源機(jī)制抵抗逆境，還可以通過(guò)調(diào)控一些基因的表達(dá)來(lái)激活抗性機(jī)制。已有研究表明，干旱可以影響脫落酸核心信號(hào)通路基因的表達(dá)量，包括受體PYLs、蛋白磷酸酶PP2Cs、磷酸激酶SnRKs等成員^[15]。

干旱不僅限制煙葉產(chǎn)量，對(duì)煙葉品質(zhì)也極為不利，例如干旱可以造成煙葉的水分含量發(fā)生變化從而影響其加工質(zhì)量、原料損耗，同時(shí)還會(huì)增加煙葉的總氮含量、生物堿、蛋白質(zhì)含量令煙葉的色澤、香氣、吃味等品質(zhì)下降，降低煙葉中水溶性糖、鉀含量令煙葉柔軟性、彈性等品質(zhì)變差。雖然在煙草中還尚未有關(guān)于ABA和煙草耐旱機(jī)制的深入報(bào)道，但是煙草根部含有豐富的ABA合成前體物質(zhì)和酶，在土壤有效水變化時(shí)，根部可精確感受并作出相應(yīng)反應(yīng)，合成大量的ABA并通過(guò)木質(zhì)部導(dǎo)管和韌皮部篩管向植物的其他部位運(yùn)輸，降低氣孔導(dǎo)度，有效的減少煙草葉片的蒸騰作用，減少水分喪失，提高水分利用率，從而令植物產(chǎn)生抗旱性^[16]。

2.2? 脫落酸與澇害

水分是植物生長(zhǎng)的不可缺少的關(guān)鍵因素，但是

水分過(guò)高也不利于植物生長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致澇害的發(fā)生。近年來(lái)，全國(guó)乃至全球極端氣候頻繁出現(xiàn)，雨量分布極不均衡，再加上存在排水不暢等因素影響，經(jīng)常發(fā)生大面積、不同程度的澇害，影響著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。澇害可抑制植物的生長(zhǎng)，影響植物的光合作用，促使葉片老化、彎曲，促使老根枯死、不定根誘發(fā)等。煙草生產(chǎn)過(guò)程中水分過(guò)多會(huì)引起植株生長(zhǎng)受阻甚至死亡，葉片總氮含量上升、總磷、總鉀、還原糖、煙堿含量下降導(dǎo)致煙葉品質(zhì)下降^[17]。已有研究表明在澇害脅迫下，植物體內(nèi)的脫落酸含量會(huì)發(fā)生變化，促使葉片中葉綠素降解、氣孔關(guān)閉，降低光合作用和蒸騰速率，保持水勢(shì)平衡，但是關(guān)于脫落酸在煙草抵抗?jié)澈χ械膽?yīng)用還有待深入研究^[18]。

2.3? 脫落酸與低溫

低溫是植物在生命周期中經(jīng)常會(huì)遭受的環(huán)境脅迫之一，低溫通常可以造成植物細(xì)胞功能紊亂，包括膜損傷、ROS的積累、蛋白質(zhì)的降解、有毒物質(zhì)的積累等。植物在面對(duì)低溫時(shí)，體內(nèi)會(huì)發(fā)生多種改變：（1）基因表達(dá)的改變，（2）細(xì)胞膜構(gòu)象發(fā)生改變，（3）脯氨酸、可溶性糖、抗氧化物等低溫保護(hù)物質(zhì)的積累，（4）內(nèi)源脫落酸水平的升高^[8]。

低溫是煙草生產(chǎn)中遇到的主要災(zāi)害，特別是幼苗移栽到大田這段時(shí)期經(jīng)常遭受“倒春寒”等低溫天氣的影響，由于煙草是喜溫植物，對(duì)低溫十分敏感，零下2～3 ℃的極端低溫可導(dǎo)致煙草死亡，在苗期12～16 ℃的持續(xù)低溫就會(huì)導(dǎo)致煙草提早開(kāi)花進(jìn)入生殖生長(zhǎng)，抑制煙草植株的高度和葉片數(shù)目從而影響煙草的品質(zhì)和產(chǎn)量。已有研究發(fā)現(xiàn)，與脫落酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)的許多基因都參與到植物的低溫應(yīng)答中。擬南芥中許多與脫落酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因的突變體均出現(xiàn)了抗低溫的表型，例如AREB/ABF、CBF/DREB類轉(zhuǎn)錄因子等也參與到植物對(duì)低溫的響應(yīng)^[19-20]。另外，在草本植物中外施脫落酸可以提高植物對(duì)低溫的抗性，木本植物中脫落酸既可以幫助植物提高低溫抗性，還可以通過(guò)調(diào)控幼芽萌發(fā)幫助植物更好地越冬^[8]。煙草相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)JERF1可以調(diào)控脫落酸合成基因的表達(dá)，使得煙草植株體內(nèi)脫落酸的含量升高，提高植株在低溫下的存活能力^[21]。除去內(nèi)源提高脫落酸的濃度，外源噴施脫落酸也會(huì)提高煙草植株對(duì)逆境的耐受能力^[22]。

2.4 ?脫落酸與高溫

隨著全球氣溫的日益變暖，高溫脅迫已經(jīng)成為限制植物分布和產(chǎn)量的重要因素。高溫脅迫可以影響植物的一系列生理和生化反應(yīng)，包括氣孔關(guān)閉、水分散失、光合作用的抑制、活性氧積累、增加膜脂質(zhì)過(guò)氧化程度、蛋白質(zhì)降解和酶活性喪失，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的細(xì)胞損傷或細(xì)胞死亡^[23]。

雖然煙草是喜溫植物，但是長(zhǎng)期生長(zhǎng)在溫度相對(duì)較高的環(huán)境下，煙草的生長(zhǎng)發(fā)育也會(huì)受到不同程度的抑制，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)煙葉卷曲褶皺、葉片變厚、葉面積變低、加速衰老，甚至出現(xiàn)“高溫逼熟”的現(xiàn)象，對(duì)煙草生產(chǎn)極為不利。已有研究表明高溫可誘導(dǎo)植物體內(nèi)內(nèi)源脫落酸的積累，可提高植株在高溫脅迫下體內(nèi)抗過(guò)氧化酶的活性，同時(shí)降低丙二醛的含量。另外，脫落酸的積累可誘導(dǎo)植物體內(nèi)相關(guān)逆境應(yīng)答基因的表達(dá)和熱激蛋白的產(chǎn)生，提高植株對(duì)高溫的抵抗能力^[23]。煙草中，外施一定濃度的脫落酸可提高煙草的耐熱性，降低高溫對(duì)煙草造成的影響，但其具體的分子機(jī)制還有待深入研究^[24]。

2.5 ?脫落酸與鹽（漬）

土壤鹽漬化在世界范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)問(wèn)題，鹽漬化環(huán)境對(duì)植物的傷害主要體現(xiàn)在高離子濃度產(chǎn)生的滲透脅迫和離子毒害兩個(gè)方面，它們可以改變植物的膜結(jié)構(gòu)，抑制植物的呼吸作用和光合作用，嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，影響作物的產(chǎn)量和質(zhì)量^[25]。目前研究結(jié)果表明，鹽脅迫下植物脫落酸含量顯著增加，并刺激氣孔的關(guān)閉、基因的表達(dá)以及滲透物質(zhì)的積累。鹽脅迫時(shí)，噴施外源脫落酸可以降低鹽脅迫對(duì)煙苗膜脂的過(guò)氧化程度，維持較低丙二醛含量、減少活性氧物質(zhì)含量，維持膜的穩(wěn)定性，提高煙草對(duì)鹽脅迫的耐受能力^[26]。

3? 脫落酸代謝途徑及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑

脫落酸在植物生長(zhǎng)發(fā)育、抵御逆境環(huán)境方面都具有十分重要的作用，關(guān)于脫落酸在植物體內(nèi)的代謝與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的研究也日益完善，為植物抗逆遺傳機(jī)制的解析和植物精準(zhǔn)育種提供了大量的思路和理論依據(jù)。

3.1? 脫落酸的代謝

脫落酸主要通過(guò)從頭合成途徑合成，在質(zhì)體和細(xì)胞質(zhì)中完成。此途徑的合成前體是玉米黃質(zhì)素，又因玉米黃質(zhì)素是類胡蘿卜素的一種，因此這種合成途徑也稱為類胡蘿卜素分解途徑。玉米黃質(zhì)環(huán)氧酶ZEP在胞質(zhì)中催化玉米黃質(zhì)素變成反式紫黃質(zhì)素，重排后變成環(huán)氧類胡蘿卜素，在9-順式-環(huán)氧類胡蘿卜素雙加氧酶（9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase， NCED）的催化下氧化分解，分解產(chǎn)物被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)中，進(jìn)一步催化產(chǎn)生脫落酸。在此合成過(guò)程中，9-順式-環(huán)氧類胡蘿卜素雙加氧酶是最關(guān)鍵的酶，起著重要的調(diào)節(jié)作用。脫落酸的降解代謝主要是通過(guò)脫落酸羥基化和脫落酸結(jié)合物的生成來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中以8-羥基化最為常見(jiàn)。細(xì)胞色素P450家族成員脫落酸-8-羥基化酶（CYP707A）催化脫落酸形成8-羥基-脫落酸，隨即生成產(chǎn)物紅花菜豆酸（Phaseic acid， PA）和二羥紅花菜豆酸（Dihydro-phaseic acid， DPA）導(dǎo)致脫落酸失活^[27]。

9-順式-環(huán)氧類胡蘿卜素雙加氧酶（NCED）基因最早從玉米突變體vp14中鑒定和發(fā)現(xiàn)，vp14葉片中脫落酸含量與對(duì)照相比顯著下降，造成其葉片失水速率加快^[28]。水稻中研究發(fā)現(xiàn)有5個(gè)NCED家族成員參與到脫落酸合成。OsNCED3基因的表達(dá)量在干旱、鹽、過(guò)氧化氫等脅迫條件下上調(diào)，并且其突變體對(duì)這些非生物逆境脅迫更敏感^[7]，這些結(jié)果表明OsNCED3是一個(gè)逆境脅迫的正調(diào)控因子。另外，OsNCED4和OsNCED5的表達(dá)量也受到干旱脅迫的誘導(dǎo)表達(dá)，調(diào)節(jié)植株對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)能力^[21]。關(guān)于脫落酸分解的相關(guān)重要基因在水稻中也已有相關(guān)報(bào)道，研究發(fā)現(xiàn)水稻中有3個(gè)脫落酸-8-羥基化酶催化脫落酸轉(zhuǎn)化為紅花菜豆酸^[29]，分別命名為OsABAox1-3，其中OsABAox1的表達(dá)量受到冷脅迫的誘導(dǎo)，OsABAox2和OsABAox3的表達(dá)量受到脫落酸處理的誘導(dǎo)，這些結(jié)果表明脫落酸降解相關(guān)的基因也參與到了逆境脅迫應(yīng)答中^[30]。

在煙草基因組中有18個(gè)9-順式-環(huán)氧類胡蘿卜素雙加氧酶（NCED）家族成員得到鑒定，可分為4個(gè)亞家族，通過(guò)生物信息學(xué)分析，第一亞家族成員NtNCED1-8與ABA生物合成有關(guān)。干旱脅迫可以誘導(dǎo)NtNCED3基因的表達(dá)和內(nèi)源ABA的積累，且NtNCED3基因表達(dá)和內(nèi)源ABA積累的規(guī)律一致。也有研究發(fā)現(xiàn)，在煙草中過(guò)表達(dá)柑橘、黃龍膽、柱花草等植物NCED基因，均可提高轉(zhuǎn)基因植物內(nèi)源ABA水平、植株抗逆性等^[31]。

3.2? 脫落酸的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

脫落酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是響應(yīng)非生物逆境應(yīng)答的重要路徑，特別是對(duì)干旱脅迫應(yīng)答來(lái)說(shuō)屬于核心路徑^[32]。許多脫落酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的相關(guān)元件在30年前就已經(jīng)得到鑒定，但是一直尚未定論，脫落酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑最大的突破是利用蛋白互作和化學(xué)遺傳學(xué)的方法，發(fā)現(xiàn)了脫落酸信號(hào)受體，被命名為PYL。研究發(fā)現(xiàn)，脫落酸與信號(hào)受體結(jié)合后可以抑制蛋白磷酸酶PP2C的磷酸化活性^[33-34]。隨后，科學(xué)家們利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)的手段再次證實(shí)了PYL是ABA的信號(hào)受體，并且通過(guò)對(duì)PYL-ABA-PP2C蛋白復(fù)合體結(jié)構(gòu)的解析，揭示了PP2C的功能是如何被ABA和受體的復(fù)合物巧妙抑制的（圖1）^[35-36]。由此，ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑逐漸建立并完善：植物在受到逆境脅迫時(shí)，大量?jī)?nèi)源ABA積累，ABA受體PYL識(shí)別ABA并與之結(jié)合，形成的復(fù)合物與PP2C磷酸酶結(jié)合并抑制其磷酸酶活性，使得絲氨酸-酪氨酸激酶SnRK2s的磷酸化活性被激活，導(dǎo)致下游的轉(zhuǎn)錄因子受到磷酸化而激活其轉(zhuǎn)錄活性，最終引發(fā)體內(nèi)的脅迫響應(yīng)機(jī)制^[37-39]（圖1）。

ABA受體對(duì)ABA的識(shí)別在ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著核心作用。擬南芥中ABA受體基因突變后植株對(duì)ABA不敏感，種子發(fā)芽和生根均表現(xiàn)出ABA不敏感的表型，而超表達(dá)后可顯著增強(qiáng)植株對(duì)ABA的敏感性，提高植株的抗旱性。蛋白激酶和磷酸酶催化的可逆蛋白磷酸化在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著重

要的作用，有助于信號(hào)從細(xì)胞外傳遞到細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境^[33]。蛋白磷酸酶PP2C是ABA信號(hào)的負(fù)調(diào)控因子，擬南芥A類PP2C家族成員ABI1和ABI2的突變體在不同的發(fā)育階段和植物組織中都具有對(duì)ABA敏感、耐旱等表型。蛋白激酶2（SnRK2）在細(xì)胞對(duì)干旱和脫水的反應(yīng)中起著核心作用，依賴于ABA的蛋白激酶的催化活性首次在蠶豆中得到鑒定，命名為AAPK，可以正調(diào)控氣孔的關(guān)閉，提高植株的抗旱能力^[40]。擬南芥中AAPK直系同源基因OST1（Open Stomata 1）/SnRK2.6也被證明在ABA介導(dǎo)的氣孔調(diào)節(jié)中起正調(diào)控作用^[41]。這些蛋白激酶可以磷酸化其底物蛋白（如轉(zhuǎn)錄因子、離子通道和代謝酶），從而將ABA信號(hào)級(jí)聯(lián)放大^[42-43]。

在煙草中ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑的部分相關(guān)基因也已被克隆鑒定，NtPYL4是煙草ABA的受體，可以與PP2C成員互作并抑制其活性，參與煙草ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的核心路徑^[44]。NtPYL1和NtPYL9也被認(rèn)為是ABA受體，在子葉和須根中表達(dá)較多，表達(dá)量受到ABA的抑制和過(guò)氧化氫的誘導(dǎo)^[45]。根據(jù)PP2C家族特性，NtPP2C16被克隆鑒定，其表達(dá)顯著受到ABA和逆境脅迫的誘導(dǎo)，響應(yīng)干旱、高鹽和低溫脅迫^[46]。在云煙87煙草轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有18個(gè)PP2C家族成員的表達(dá)量隨著降雨量發(fā)生變化，其中NtPP2C37和NtPP2C50與擬南芥PP2C的A類家族成員同源性較高，推測(cè)可能參與到ABA信號(hào)核心路徑^[47]。同樣通過(guò)生物信息學(xué)分析方法發(fā)現(xiàn)，煙草中有21個(gè)SnRK家族成員，可以分為3個(gè)亞家族，深入分析發(fā)現(xiàn)，第一亞家族的基因主要參與ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑^[48]。NtSnRK2.1在煙草根部表達(dá)最高、其次是葉片，莖部的表達(dá)量最低，其表達(dá)量受到高鹽、高滲、低溫和ABA的誘導(dǎo)^[49]。雖然煙草中關(guān)于脫落酸核心信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的研究已有部分進(jìn)展，但相對(duì)于其他植物例如擬南芥、水稻等還亟需精確和深入。

4? 總結(jié)和展望

目前國(guó)內(nèi)主要煙草栽培品種在煙葉生產(chǎn)上的種植年限已達(dá)20～30年之久，已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的品種退化、變異和病害，可替代煙草栽培品種匱乏，嚴(yán)重制約著“兩煙”生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展。另外，目前煙葉生產(chǎn)中存在由于煙葉早采搶采導(dǎo)致成熟度不夠、內(nèi)含物質(zhì)不協(xié)調(diào)等問(wèn)題，因此亟需突破常規(guī)育種周期長(zhǎng)、效率低、遺傳多樣性小的瓶頸，培育出有突破性的新品種?！笆濉币詠?lái)國(guó)家啟動(dòng)的“中國(guó)煙草基因組計(jì)劃”重大專項(xiàng)旨在源頭上攻克煙葉生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)的瓶頸制約，推動(dòng)中國(guó)煙草的研究和應(yīng)用步入基因時(shí)代，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)育種向精準(zhǔn)育種的戰(zhàn)略跨越。亟需持續(xù)深入對(duì)煙草中脫落酸相關(guān)基因的功能及其調(diào)控的分子機(jī)制進(jìn)行挖掘和解析，以便更好地利用這些基因資源、借助分子精準(zhǔn)育種手段培育出煙草抗逆優(yōu)質(zhì)新品種。

4.1 ?脫落酸在煙草抗逆育種方面的策略

脫落酸在植物生長(zhǎng)發(fā)育和抵御非生物逆境脅迫方面都發(fā)揮著重要的功能，以脫落酸為核心的精準(zhǔn)育種已成為作物精準(zhǔn)育種的重要策略之一?！胺肿佑N”、“基因編輯育種”等精準(zhǔn)育種方法可以通過(guò)基因和性狀的對(duì)應(yīng)關(guān)系，按照需求將不同的優(yōu)勢(shì)聚合，快速“設(shè)計(jì)培育”出烤煙新品種。干旱等非生物逆境條件可誘導(dǎo)脫落酸的積累，開(kāi)啟脅迫信號(hào)的傳遞。脫落酸信號(hào)導(dǎo)致基因表達(dá)發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化，有研究表明近10%的擬南芥基因受脫落酸調(diào)控，參與植物生長(zhǎng)發(fā)育和逆境應(yīng)答^[50]，深入挖掘并解析這些基因發(fā)揮功能的分子機(jī)制有利于我們深入展開(kāi)精準(zhǔn)分子育種。目前，諸多煙草脫落酸相關(guān)的抗逆基因已被克隆，不少基因的抗逆效果在幼苗期表現(xiàn)顯著，但其田間效應(yīng)仍需探討。如何通過(guò)遺傳學(xué)手段對(duì)這些基因加以利用，提高煙草植株在大田中的抗性將成為研究的重點(diǎn)。

4.2 ?脫落酸在煙葉成熟與提質(zhì)方面的策略

脫落酸對(duì)煙葉的衰老調(diào)控也是煙草基因研究的重要培育點(diǎn)。煙草與大多數(shù)作物延緩衰老提高產(chǎn)量的需求不同，在煙葉成熟采收及烘烤方面，需要促進(jìn)葉片田間成熟和在烤房?jī)?nèi)的后熟，提高烤后煙葉的質(zhì)量。通過(guò)ABA對(duì)煙葉衰老的調(diào)控，消耗煙葉成熟過(guò)程中煙堿和過(guò)多的淀粉，促進(jìn)煙葉內(nèi)在化學(xué)成分協(xié)調(diào)性，提高中部煙葉和上部煙葉可用性，ABA不僅在煙草新品種培育方面具有提高抗逆性的潛力，在煙葉成熟調(diào)控方面，也具有提高煙葉質(zhì)量的潛力。

參考文獻(xiàn)

1. RAGHAVENDRA A S， GONUGUNTA V K， CHRISTMANN A， et al. ABA perception and signaling[J]. Trends in Plant Science， 2010， 15（7）： 395-401.
2. SAH S K， REDDY K R， LI J X. Abscisic acid and abiotic stress

tolerance in crop plants[J]. Frontiers in Plant Science， 2016， 7：571.

1. KANCHAN V， NEHA U， NITIN K， et al. Abscisic acid signaling and abiotic stress tolerance in plants： a review on current knowledge and future prospects[J]. Frontiers in Plant Science， 2017， 8（120）： 161.
2. MEHROTRA R， BHALOTHIA P， BANSAL P， et al. Abscisic acid and abiotic stress tolerance-different tiers of regulation[J]. Journal of Plant Physiology， 2014， 171（7）： 486-496.
3. VANSTRAELEN M， BENKOVA E. Hormonal interactions in the regulation of plant development[J]. Annu Rev Cell Dev Biol， 2012， 28（28）： 463-487.
4. 李振華. 煙草種子萌發(fā)的激素效應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2013，28（3）：416-423.

1. 生利霞，王倩，孟祥毅，等. 植物耐澇分子機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 分子植物育種，2017，15（7）：2823-2828.

SHENG L X， WANG Q， MENG X Y， et al. Research progress on molecular mechanism of waterlogging tolerance in plants[J]. Molecular Plant Breeding， 2017， 15（7）： 2823-2828.

1. 劉慶宇，趙越，熊江波，等. 澇害對(duì)烤煙光合特性的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36（1）：50-55.

LIU Q Y， ZHAO Y，XIONG J B， et al. A study on the effect of waterlogging on photosynthetic characteristics in flue-cured tobacco[J]. Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis， 2014，36（1）： 50-55.

1. CHOI H， HONG J， HA J， et al. ABFs， a family of ABA-responsive element binding factors[J]. J Biol Chem， 2000， 275（3）： 1723-1730.
2. LEE S J， KANG J Y， PARK H J， et al. DREB2C interacts with ABF2， a bZIP protein regulating abscisic acid-responsive gene expression， and its overexpression affects abscisic acid sensitivity[J]. Plant Physiol， 2010， 153（2）： 716-727.
3. WU L， CHEN X， REN H， et al. ERF protein JERF1 that transcriptionally modulates the expression of abscisic acid biosynthesis-related gene enhances the tolerance under salinity and cold in tobacco[J]. Planta， 2007， 226（4）： 815-825.
4. ZANDALINA S I， MITTLER R， BALFAGON D， et al. Plant adaptations to the combination of drought and high temperatures[J]. Physiol Plant， 2018， 162（1）： 2-12.
5. 萬(wàn)正林，羅慶熙. SA、ABA、BR誘導(dǎo)植物抗高溫可能機(jī)理的研究[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2007（6）：1399-1403.

WANG Z L， LUO Q X. The mechanism of SA， ABA and BR in inducing heat resistance on plants[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences. 2007（6）： 1399-1403.

1. 劉中明. 過(guò)表達(dá)SlJA2通過(guò)水楊酸途徑降低轉(zhuǎn)基因煙草的高溫抗性[D]. 泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

LIU Z M. Over-expression of SIJA2 decreases heat tolerance of transgenetic tobacco plants via salicylic acid patyway[D]. Tai'an： Shandong Agricultural University， 2017.

1. 岑怡紅，沙波. 煙草的抗逆性研究進(jìn)展[J]. 北京農(nóng)業(yè)，2012（9）：216-217.

CEN Y H， SHA B. Advances in the research of stress tolerance of tobacco[J]. Beijing Agriculture， 2012（9）： 216-217.

1. 李武琴，曾乙心，陳光勇，等. 外源激素對(duì)鹽脅迫下煙草幼苗生理抗性的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，50（9）：36-39.

LI W Q， ZENG Y X， CHEN G Y， et al. Effects of exogenous hormones on physiological resistance of tobacco seedlings under salt stress[J]. Shandong Agricultural Sciences， 2018， 50（9）： 36-39.

1. NAMBARA E， MARION-POLL A. Abscisic acid biosynthesis and catabolism[J]. Annu Rev Plant Biol， 2005， 56：165-185.
2. TAN B C， SCHWARTZ S H， ZEEVAART J A D， et al. Genetic control of abscisic acid biosynthesis in maize[J]. PNAS， 1997， 94（22）： 12235-12240.
3. HUANG Y， GUO Y， LIU Y， et al. 9-cis-Epoxycarotenoid dioxygenase 3 regulates plant growth and enhances multi-abiotic stress tolerance in rice[J]. Front Plant Sci， 2018， 9： 162.
4. SAIKA H， OKAMOTO M， MIYOSHI K.， et al. Ethylene promotes submergence-induced expression of OsABA8ox1， a gene that encodes ABA 8'-hydroxylase in rice[J]. Plant Cell Physiol， 2007， 48（2）： 287-298.
5. 白戈，楊大海，姚恒，等. 煙草NtNCED基因的鑒定分析[J]. 分子植物育種，2017，15（10）：3907-3912.

BAI G， YANG D H， YAO H， et al. Identification and analysis of NtNCED gene in tobacco[J]. Molecular Plant Breeding， 2017， 15（10）： 3907-3912.

1. ZHU J K. Salt and drought stress signal transduction in plants[J]. Annu Rev Plant Biol， 2002， 53： 247-273.
2. MA Y， SZOSTKIEWICZ I， KORTE A， et al. Regulators of PP2C phosphatase activity function as abscisic acid sensors[J]. Science， 2009， 324（5930）： 1064-1068.
3. PARK S Y， FUNG P， NISHIMURA N， et al. Abscisic acid inhibits type 2C protein phosphatases via the PYR/PYL family of START proteins[J]. Science， 2009， 324（5930）： 1068-1071.
4. MELCHER K， NG L M， ZHOU X E， et al. A gate-latch-lock mechanism for hormone signalling by abscisic acid receptors[J]. Nature， 2009， 462（7273）： 602-608.
5. YIN P， FAN H， HAO Q， et al. Structural insights into the mechanism of abscisic acid signaling by PYL proteins[J]. Nat Struct Mol Biol， 2009， 16（12）： 1230-1236.
6. SINGH A， JHA S K， BAGRI J， et al. ABA inducible rice protein

phosphatase 2C confers ABA insensitivity and abiotic stress tolerance in Arabidopsis[J]. PLoS ONE， 2015， 10（4）： 1.

1. SARUHASHI M， GHOSH T K， ARAI K， et al. Plant Raf-like kinase integrates abscisic acid and hyperosmotic stress signaling upstream of SNF1-related protein kinase2[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2015， 112（46）： 6388-6396.
2. UMEZAWA T， NAKASHIMA K， MIYAKAWA T， et al. Molecular basis of the core regulatory network in ABA responses： sensing， signaling and transport[J]. Plant and Cell Physiology， 2010， 51（11）： 1821-1839.
3. LI J， WANG X Q， WATSON M B， et al. Regulation of Abscisic acid-induced stomatal closure and anion channels by guard cell AAPK Kinase[J]. Science， 2000， 287： 300–303.
4. MUSTILLI A C， MERLOT S， VAVASSEUR A， et al. Arabidopsis OST1 protein kinase mediates the regulation of stomatal aperture by abscisic acid and acts upstream of reactive oxygen species production. plant cell[J]. Plant Cell， 2002， 14（12）： 3089-3099.
5. YOSHIDA R， HOBO T， ICHIMURA K， et al. ABA-activated SnRK2 protein kinase is required for dehydration stress signaling in Arabidopsis[J]. Plant and Cell Physiology， 2002， 43（12）： 1473-1483.
6. FUJITA Y， YOSHIDA T， YAMAGUCHI S K. Pivotal role of the AREB/ABF-SnRK2 pathway in ABRE-mediated transcription in response to osmotic stress in plants[J]. Physiologia Plantarum， 2013， 147（1）： 15-27.
7. LACKMAN， P， GONZALEZ-GUZMAN M， TILLEMAN S， et al. Jasmonate signaling involves the abscisic acid receptor PYL4 to regulate metabolic reprogramming in Arabidopsis and tobacco[J]. Proc Natl Acad Sci U S A， 2011， 108（14）： 5891-5896.
8. 黃佳，夏玉珍，趙影影，等. 煙草脫落酸受體基因NtPYR1和NtPYL9的克隆及表達(dá)模式分析[J]. 煙草科技，2015，48（7）：1-8.