近日，中国热科院椰子所槟榔研究团队在槟榔果实脱落调控方面取得新进展。该研究在细胞、生理及分子水平系统解析了槟榔异常生理落果的发生机制，为制定槟榔丰产稳产栽培管理措施及高产品种培育提供理论基础。
槟榔（Areca catechu L.）是海南重要的经济作物，在热区农民致富和乡村振兴中发挥着重要作用。槟榔幼果脱落严重是导致产量下降的关键因素。果实脱落由复杂的环境和发育信号共同触发，植物器官的脱落从离区形成、脱落信号感知到脱落程序激活都是在特定基因的调控下进行，同时植物内源激素在脱落激活这一环节起着重要作用，但其潜在的作用机制未明。
该研究利用扫描电镜（SEM）探究了槟榔幼果离区断裂面的表观特征，自然脱落幼果离区细胞形成特征性脱落疤痕，其维管束边缘部分闭合，表明该区域的物质运输被减弱或切断；而在人工摘除幼果的离区中，细胞层出现明显的断痕，其维管束中可观察到密集分布的颗粒物质，表明这些组织中的物质运输是连续的（图1）。
图1 槟榔幼果及离层的形态特征
通过激素含量测试及转录组分析发现，槟榔幼果离区（abscission zone）中的生长素（IAA）含量下降和乙烯合成前体（ACC）含量上升是导致脱落的关键因素，且生长素和乙烯信号途径ARFs、ETR、PIN-LIKES等基因与槟榔幼果脱落密切相关，此外，NAC、ERF、WRKY、ZF和MADS等转录因子家族可能参与了脱落调控。其中，AcERF116在槟榔果实脱落过程中表达量显著升高，且受到乙烯诱导，异源过表达AcERF116基因显著加速了番茄去花后花梗的脱落（图2）。纤维素酶、果胶酶以及多聚半乳糖醛酸酶在幼果脱落过程中呈现相应的活性变化。离区中pH值上升也是一个关键的脱落信号（图3）。
图2 过表达AcERF116加速了番茄花梗的脱落
图3 AcERF116调控槟榔幼果脱落模型
相关研究成果分别以“Phytohormones and candidate genes synergistically regulate fruitlet abscission in Areca catechu L.”（李佳副研究员为第一作者，中南林业科技大学李萌副教授为通讯作者），“An ethylene response factor AcERF116 identified from A. catechu is involved in fruitlet abscission”（李佳与重庆师范大学联合培养研究生陈云澈为共同第一作者，李萌与刘立云研究员为共同通讯作者）和“槟榔幼果脱落过程的生理生化指标变化规律”（陈云澈为第一作者，李佳为通讯作者，当期封面论文）为题发表在《BMC Plant Biology》、《Plant Science》和《植物生理学报》。另外，李佳等研发的“一种槟榔专用保果剂及其施用方法”已授权国家发明专利，产品的田间试验已取得一定成效。该研究得到了海南省重点研发专项“氯吡苯脲（CPPU）防止槟榔果实脱落的机理及应用研究”和“槟榔落果关键基因的挖掘及其调控幼果脱落的机制研究”项目经费的支持。
相关论文链接：
https://doi.org/10.1186/s12870-023-04562-8
https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2024.112091
https://doi.org/10.13592/j.cnki.ppj.100798
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