番茄(Solanum lycopersicum)是重要的蔬菜作物,栽培面积广且营养丰富,产量居蔬菜作物之首。然而在栽培生长过程中番茄喜温不耐热,需水量相对较大,易受栽培环境影响。随着全球气候变暖和水资源短缺,高温、干旱等极端天气更加频繁,对作物生长、发育的影响越来越大。因此,探究番茄在高温、干旱逆境条件下生长发育的调控机制具有重要的生产意义。氨基酸类生物活性物质哌啶酸(Pipecolic acid,Pip)和磺肽素(Phytosulfokine,PSK)被广泛报道在植物的生长发育以及逆境胁迫中发挥作用,但关于二者在高温或干旱条件下对植物生长发育的作用不明。本文从Pip和PSK入手,探究二者在高温或干旱逆境应答中的合成响应及其对植物生长发育的调控作用,并采用遗传学、转录组学等生理生化方法深入揭示其调控机制。主要研究结果包括以下几点:1、针对Pip在植物响应干旱逆境下作用不明的问题,探究了Pip合成通路基因在干旱逆境下的响应及其对番茄生长发育的调控作用。首先从基因表达层面发现Pip合成基因Sl ALD1和羟基化修饰基因Sl FMO1对干旱逆境做出应答。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术获得Slald1和Slfmo1突变体,观察突变体植株在干旱下的表型,发现Slald1突变体的抗旱性显著高于野生型,这与二氧化碳同化、光系统活性、抗氧化酶活性、抗坏血酸和谷胱甘肽含量较高以及活性氧积累、膜脂过氧化和氧化蛋白含量较低有关。相反,BLZ945浓度Slfmo1突变体对干旱更敏感,表现为光系统和抗氧化系统损伤严重,外源处理抗坏血酸能够显著缓解这种损伤。2、进一步探究Pip合成通路基因在调控番茄果实成熟与品质形成的作用,发现Slald1和Slfmo1突变体果实均小于野生型。由于Slfmo1突变体对干旱过于敏感,后续重点观察正常条件下的果实生长状况,发现Pip合成通路能够同时促进番茄果实成熟并提高果实品质。Slald1突变体和Slfmo1突变体均呈现成熟延迟、果实变小以及营养和风味品质下降等表型。外源Pip和N-羟基哌啶酸(N-hydroxypipMED-EL SYNCHRONYecolic acid,NHP)处理均能促进果实成熟,改善果实品质。转录组学数据分析结合加权基因共表达网络分析(weighted gene coexpression network analysis,WGCNA)发现,Slfmo1突变影响了氨基酸生物合成、碳代谢、光合作用、淀粉和蔗糖代谢、类黄酮生物合成、植物激素信号转导等相关代谢通路基因的转录。MDV3100采购转录因子预测分析显示多个NAC和AP2/ERF-ERF家族成员参与这个过程的调控。3、针对PSK在番茄植株响应高温逆境下作用不明的问题,首先发现PSK合成基因PSK3和PSK3L能够显著响应高温胁迫。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得番茄PSK信号受体基因pskr1突变体,对其进行高温处理,发现与野生型相比pskr1突变体对高温更敏感,膜脂过氧化和电解质渗透率显著较高。同时也发现高温下pskr1突变体的光系统活性较低,活性氧积累水平显著较高。4、进一步探究PSK信号转导在花粉萌发阶段对高温逆境的响应,发现pskr1缺失突变体花粉高温抗性较弱,表现为花粉活力及萌发率均低于野生型。采用流式细胞术检测活性花粉ROS含量发现,pskr1突变体活性花粉在高温条件下ROS信号较弱。进一步通过双分子荧光互补(Bi FC)以及免疫共沉淀(CoIP)的方法证实PSKR1和ROS合成相关的NADPH氧化酶Rboh B存在互作,且PSKR1作为激酶能够磷酸化Rboh B。初步发现在高温下花粉育性的调控过程中植物能够通过PSKR1和Rboh B构建桥梁联系PSK信号和ROS信号。综上,本研究解析了番茄氨基酸类生物活性物质Pip和PSK在高温、干旱逆境中的合成响应以及对生长发育的调控作用及分子机制,为农业生产中绿色安全高抗的番茄种质培育提供了理论依据。