近日，河南农业大学茄科抗病种质创新研究团队联合设施结构与环境研究团队在植物应对重金属胁迫研究领域取得重要进展，相关研究成果“Transcriptome and metabolome association analysis revealed key factors involved in melatonin-mediated copper-stress detoxication in tomato”在Journal of Cleaner Production（中科院1区TOP，IF 9.7）上发表，为解决铜污染对农作物的影响提供了关键理论依据。
研究成果详细阐述了褪黑素（MT）在番茄应对铜胁迫过程中的分子机制，为培育抗铜污染植物品种开辟了新方向。随着农药和工业污染加剧，铜污染成为制约农业发展的关键因素。过量的铜会干扰植物正常生理过程，导致生长受阻、产量降低，还会通过食物链威胁人类健康。虽然MT已被证实能缓解重金属胁迫，但其在番茄中的具体作用机制此前并不明确。研究团队通过转录组和代谢组联合分析，发现MT能增强与木质素合成相关基因的表达，使铜离子固定在细胞壁，减少其对细胞的损害。MT还能提高谷胱甘肽和氨基酸水平，诱导谷胱甘肽S-转移酶（GST）表达，增强对铜离子的螯合作用。MT诱导热响应蛋白（HSPs）表达，促进黄酮和原花青素积累，有效保护细胞膜免受铜胁迫的损伤。MT激活重金属转运蛋白，将金属-配体复合物转运到液泡中储存，进一步降低铜离子的毒性。
在众多受MT调控的基因中，转录因子SlMYB15引起了研究人员的关注。试验表明，SlMYB15在铜胁迫和MT处理下表达显著增加。通过对拟南芥同源基因突变体和番茄基因沉默实验，证实了SlMYB15在植物应对铜胁迫过程中发挥着重要作用。该研究成果为深入理解MT缓解铜胁迫的分子机制提供了丰富信息，为未来培育抗铜污染的番茄品种奠定了理论基础。通过调控相关基因表达，有望提高农作物对铜胁迫的耐受性，减少铜污染对农业生产的负面影响，推动农业可持续发展。这一研究成果也为解决其他重金属污染问题提供了新思路和研究方向，对保障食品安全和生态环境具有重要意义。
河南农业大学园艺学院青年教师孟更、王永为共同第一作者，张涛副教授和孙凯乐副教授为论文的通讯作者。团队教师申顺善、朴凤植，研究生欧阳兆鹏、邓磊、白英雷、李文清、马肖静参与了该研究。该研究得到河南省科技重大专项（241100110200）、国家自然科学基金（32172575、32301848）、河南省自然科学基金（232300421159）、河南省科技攻关（232102110066）、河南农业大学校青年英才项目（30501001）的资助。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2025.144888
