近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院郭仰東、張娜團(tuán)隊(duì)在《Nature Communications》期刊上發(fā)表題為“SlSLAH2 mediates malate exudation and contributes to aluminum tolerance”的研究成果。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)張娜副教授和郭仰東教授為該論文的共同通訊作者，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)已畢業(yè)博士生董丹慧為該論文第一作者。

研究團(tuán)隊(duì)使用MicroTom材料進(jìn)行鋁離子處理，通過轉(zhuǎn)錄組分析和時(shí)間梯度表達(dá)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，鋁處理顯著抑制ALMT家族基因表達(dá)，但蘋果酸外排仍然發(fā)生。進(jìn)一步分析顯示，SLAC/SLAH家族成員SlSLAH2在鋁處理后表達(dá)急劇上調(diào)，且具有根尖組織特異性。亞細(xì)胞定位表明SlSLAH2定位于質(zhì)膜。大腸桿菌回補(bǔ)實(shí)驗(yàn)和非洲爪蟾卵母細(xì)胞電生理實(shí)驗(yàn)證實(shí)SlSLAH2具有蘋果酸轉(zhuǎn)運(yùn)活性。CRISPR/Cas9敲除突變體（Slslah2-cr）在鋁處理后蘋果酸外排量減少約40%，根尖鋁積累顯著增加，耐鋁能力明顯下降。上述結(jié)果表明SlSLAH2是此類番茄品種中鋁誘導(dǎo)蘋果酸外排的關(guān)鍵執(zhí)行蛋白。

轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制研究表明，SlSLAH2的表達(dá)不受經(jīng)典鋁耐受轉(zhuǎn)錄因子SSTOP1調(diào)控，而由SlWRKY37直接激活。酵母單雜交、EMSA及雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)證實(shí)SlWRKY37通過結(jié)合W-box順式作用元件激活SlSLAH2轉(zhuǎn)錄。

作為陰離子通道蛋白，SlSLAH2的活化依賴磷酸化修飾解除其自抑制狀態(tài)。磷酸化質(zhì)譜分析鑒定出Thr167（T167）為關(guān)鍵磷酸化位點(diǎn)，該位點(diǎn)在物種間高度保守。體外激酶實(shí)驗(yàn)和遺傳學(xué)證據(jù)表明，鈣依賴性蛋白激酶SlCDPK21為SlSLAH2的上游激酶：SlCDPK21與SlSLAH2在質(zhì)膜直接互作，磷酸化T167位點(diǎn)；Slcdpk21突變體表現(xiàn)出蘋果酸外排減少和鋁敏感表型。

通道活性的適時(shí)終止對(duì)維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)，2C型蛋白磷酸酶SlPP2C72負(fù)調(diào)控SlSLAH2活性：在正常條件下高表達(dá)，通過去磷酸化維持通道關(guān)閉狀態(tài)；鋁脅迫顯著下調(diào)SlPP2C72轉(zhuǎn)錄水平及酶活性。Slpp2c72突變體呈現(xiàn)增強(qiáng)的蘋果酸外排和耐鋁性。值得注意的是，SlCDPK21除直接磷酸化SlSLAH2外，還可磷酸化SlPP2C72并抑制其磷酸酶活性，形成對(duì)SlSLAH2磷酸化狀態(tài)的"雙重維持"機(jī)制。

該研究闡明了鋁脅迫下SlSLAH2介導(dǎo)蘋果酸外排的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)：在轉(zhuǎn)錄層面，鋁離子誘導(dǎo)SlWRKY37表達(dá)，進(jìn)而激活SlSLAH2轉(zhuǎn)錄；在翻譯后修飾層面，鋁觸發(fā)的鈣信號(hào)激活SlCDPK21，后者通過兩條途徑協(xié)同促進(jìn)SlSLAH2活化——直接磷酸化通道蛋白，同時(shí)磷酸化并抑制負(fù)調(diào)控因子SlPP2C72。當(dāng)鋁脅迫解除后，SlPP2C72表達(dá)和活性恢復(fù)，促使SlSLAH2去磷酸化，避免蘋果酸過度損耗。