日本理化學研究所（簡稱「理研」）環境資源科學研究中心植物基因體表達研究小組的關原明組長和佐古香織特別研究員（研究時）等人組成的聯合研究團隊發現，新化合物「FSL0260」可以強化植物的耐鹽性。
這項研究成果有助於開發對人體的不良影響較小，並能強化農作物耐鹽性的肥料和農藥。
鹽害常見於灌溉農業引起的鹽分聚積，以及沿海地區，會嚴重影響農作物的生產。此前爲提高農作物的耐鹽性採取的對策是實施品種改良，但存在育種方法耗時較長的問題。
此次，聯合研究團隊利用理研的NPDepo化合物資料庫，探索（篩選）了能強化植物耐鹽性的化合物，最終成功鎖定了新化合物FSL0260。另外還發現，FSL0260能抑制粒線體電子傳遞系統的復合體Ⅰ，從而激活粒線體替代呼吸系統，而且會抑制在高鹽脅迫下發生的活性氧積累，由此來強化植物的耐鹽性。
研究方法與成果
聯合研究團隊爲了確定能強化耐鹽性的化合物，利用理研的NPDepo化合物資料庫（405種化合物）和模式植物——雙子葉植物擬南芥，探索（篩選）了能強化耐鹽性的化合物。發現名爲「FSL0260」的新化合物可以強化耐鹽性（圖1）。
圖1：新化合物FSL0260的結構式（左）和耐鹽性實驗（右）；對在液體培養基中成長的擬南芥實施高鹽脅迫後，擬南芥發白枯死（右圖右上）；而添加FSL0260處理24小時的植物在高鹽脅迫下也存活了下來（右圖右下）。
接下來，爲調查FSL0260強化耐鹽性的機制，聯合研究團隊實施了全面的基因表現解析。解析發現，作爲粒線體電子傳遞系統的旁路工作的粒線體替代呼吸系統，其基因表現隨着實施FSL0260處理而強化。因此，研究團隊調查粒線體電子傳遞系統的活性發現，實施FSL0260處理會抑制復合體Ⅰ的活性（圖2a）。但在動物粒線體中，復合體Ⅰ的活性沒有被抑制，這表明FSL0260的功能可能是植物粒線體特有的（圖2b）。
圖2：FSL0260對粒線體電子傳遞系統的復合體Ⅰ的抑制活性。
（a）利用從馬鈴薯中分離出來的粒線體，測量了復合體Ⅰ的活性。FSL0260的濃度越高，抑制效果越強。（b）利用從牛心臟中分離出來的粒線體，測量了復合體Ⅰ的活性。活性未受FSL0260抑制。作爲對照，使用現有抑制劑魚藤酮測量發現，活性受到抑制。
另外，粒線體替代呼吸系統被認爲會抑制活性氧的產生。聯合研究團隊利用FSL0260對暴露於高鹽脅迫下的擬南芥進行處理發現，FSL0260會抑制活性氧的積累（圖3左）。以上結果表明，FSL0260透過抑制粒線體電子傳遞系統的復合體Ⅰ，會激活粒線體替代呼吸系統，並抑制在高鹽脅迫下發生的活性氧積累，由此來強化植物的耐鹽性（圖3右）。此外，單子葉植物水稻透過實施FSL0260處理也抑制了活性氧的積累，因此可以應答，無論是單子葉植物還是雙子葉植物，均能利用FSL0260強化耐鹽性。
圖3：FSL0260的活性氧抑制實驗及耐鹽性強化機制。
（a）在高鹽脅迫下，擬南芥中積累活性氧，葉子透過NBT染色變成藍色。而利用FSL0260進行處理後，即使在高鹽脅迫下，也抑制了活性氧的積累；（b）FSL0260透過抑制粒線體電子傳遞系統的復合體Ⅰ，會激活粒線體替代呼吸系統，並抑制在高鹽脅迫下發生的活性氧積累，由此來強化植物的耐鹽性。
未來展望
聯合研究團隊透過此次的研究發現，新的粒線體抑制劑FSL0260能強化植物的耐鹽性。FSL0260的抑制效果只對植物有效，因此利用該成果，有望開發出對人體的毒性比較低，而且能幫助農作物抵抗鹽害的肥料和農藥，有助於提高產量。
論文資訊
題目：Inhibition of mitochondrial complex I by the novel compound FSL0260 enhances high salinity-stress tolerance in Arabidopsis thaliana
期刊：《Scientific Reports》
DOI：10.1038/s41598-020-65614-9
中文：JST客觀日本編輯部
