γ-氨基丁酸(GABA)可提高农作物药效，并降低农药残留

摘要：我们发现外源应用GABA，或通过敲除丙酮酸依赖的GABA转氨酶内源提高GABA，可促进CHT代谢和植物对CHT的胁迫耐受性。在研究光合作用时，我们意外地发现GABA通过降低气孔导度和气孔直径来促进气孔关闭。这一结果表明，GABA可以通过调节叶片的气孔运动来降低CHT的吸收。

1、GABA参与了CHT的解毒作用

随着外源性GABA水平的升高，CHT浓度持续降低，且对3mmGABA的参数效应最好。与此同时，与野生型植物相比，敲除GABA-TP(GABA-2和GABA-3)显著降低了CHT的浓度。GABA诱导的CHT代谢在果实组织中也有类似的作用。这些结果强烈地表明，GABA参与了CHT的代谢。

在4gL−1CHT处理下CHT胁迫引起叶片组织坏死，出现干燥的坏死斑点。GABA-2和GABA-3叶片也表现出更健康的表型特征。这说明GABA可以显著降低CHT对番茄植株的毒性。

2、GABA代谢对CHT暴光的反应

在CHT处理6d后，WT植株中GAD活性显著上调，而GABA-TP活性显著下调。这些酶促作用的变化直接导致了这个时间点Glu的下降和GABA的积累。与此同时，两种GABA代谢产物(GHB和琥珀酸)的水平与GABA呈相反的趋势。这些结果证实了该植物在CHT胁迫下积极调控GABA分流通路促进GABA积累。

作为正向调控，WT+GABA植株中GHB和琥珀酸的浓度增加。这些结果表明，外源性应用GABA和GABA-tp的基因调控均显著提高了内源性GABA水平，并通过调节GABA分流通路激活了CHT应激反应。

3、GABA改善了谷胱甘肽依赖的CHT解毒作用

GST基因活动在CHT处理下，WT+GABA、GABA-2和GABA-3植株的总谷胱甘肽和谷胱甘肽的氧化还原状态均高于WT植株(图3d-F)。这说明GABA与GST联合使用，对提高GSH的从头合成和再生具有强大的CHT解毒作用。

4、GABA改善了CHT暴露下的ROS解毒作用

GABA似乎通过FeSOD和APX来提高番茄的抗氧化能力。因此，我们研究了GABA对CHT胁迫下ROS清除能力和抗氧化酶活性的影响。在控制条件下，SOD、APX、CAT和GPX的抗氧化酶均被外源性和内源性GABA激活。SOD、APX、CAT和GPX活性显著升高，ROS和MDA活性显著降低在WT+的GABA、GABA-2和GABA-3植株中分别出现了0~10天的差异。这些结果表明，GABA诱导的ROS对CHT应激提供了早期预警反应。

5、GABA改善了CHT暴露下的光合作用

与WT植株相比，WT+GABA、GABA-2和GABA-3植株的Fv/Fm、ΦPSII和qP显著恢复。NPQ、β/α-1、EX与上述三个参数相比，呈现出相反的模式。6个参数的综合变化表明GABA调节叶绿素荧光参数的变化以增强抗逆性。

与野生型WT植株相比，对照(0d)和CHT胁迫后+GABA、GABA-3植株的GS、Ci较低，LS较低。气孔直径的表型与GS和较高的LS相一致。基于气孔是叶片的中心吸收部分，我们推测gaba调控的气孔运动可能是CHT吸收的一种抗性机制。

结论

本研究为调控GABA显著提高番茄植株农药代谢效率和缓解植物毒性提供了药学和遗传学证据。

研究首先为GABA对植物农药降解和植物毒性的作用提供了遗传证据。同时，叶面外源施用GABA是降低作物生产中农药污染风险的实用方法。研究的新发现为通过调节GABA代谢来改善食品安全提供了振奋人心的潜力。