腐皮鐮刀菌是蘋果重茬連作障礙（adr）的主要致病菌，嚴(yán)重?fù)p害蘋果根系，抑制蘋果植株正常生長。然而，蘋果抵御腐皮鐮刀菌的分子機制尚不清楚。因此，本研究對蘋果和腐皮鐮刀菌之間的相互作用機制進行了探究。
2023年1月31日，西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院蘋果重點實驗室的最新研究成果，發(fā)表在plant physiology期刊上(影響因子8.005)，文章題目為“mderf114 enhances the resistance of apple roots to fusarium solani by regulating the transcription of mdprx63”。該研究使用dna親和純化測序(dap-seq)技術(shù)鑒定了蘋果mderf114的結(jié)合基序和靶基因。進一步研究揭示了mderf114正向調(diào)控蘋果根系抵御腐皮鐮刀菌侵染的分子機制，為培育抗adr的砧木提供了寶貴的基因資源。
mderf114在蘋果根系中受腐皮鐮刀菌誘導(dǎo)表達(dá)水平升高，mderf114定位于細(xì)胞核中。過表達(dá)mderf114提高了蘋果根系對腐皮鐮刀菌的耐受性；而干擾mderf114的表達(dá)，根系對腐皮鐮刀菌敏感。通過dap-seq技術(shù)鑒定了mderf114結(jié)合的順式作用元件gcc-box (gccgcc)，并篩選到一個與木質(zhì)素合成相關(guān)的靶基因mdprx63。隨后，酵母單雜交(y1h)、電泳遷移率實驗(emsa)、雙熒光素酶實驗和β-葡萄糖醛酸酶(gus)染色實驗進一步驗證了mderf114可以直接與mdprx63啟動子區(qū)域的gcc-box結(jié)合。
圖1. mderf114直接與mdprx63啟動子結(jié)合
a. dap-seq鑒定了mderf114的結(jié)合元件gcc-box。b. mdprx63啟動子序列分析顯示了gcc-box結(jié)合元件的存在。c. y1h實驗表明mderf114可以與mdprx63啟動子結(jié)合。d. emsa實驗表明mderf114與mdprx63啟動子中的gcc-box結(jié)合。e. 在本氏煙草中共表達(dá)mderf114和promdprx63影響luc/ren的相對活性。f. gus染色結(jié)果表明mderf114可以激活promdprx63的表達(dá)。
mderf114通過與mdprx63啟動子結(jié)合調(diào)控其轉(zhuǎn)錄，促進蘋果根系中木質(zhì)素的沉積，從而提高對腐皮鐮刀菌的抗性。mdwrky75同樣受腐皮鐮刀菌誘導(dǎo)表達(dá)上調(diào)，mdwrky75與mderf114啟動子區(qū)域的w-box元件結(jié)合調(diào)控mderf114的表達(dá)，從而獲得對腐皮鐮刀菌的抗性。此外，mdmyb8通過與mderf114相互作用，促進mderf114與mdprx63啟動子的結(jié)合，參與mderf114介導(dǎo)的對腐皮鐮刀菌的防御網(wǎng)絡(luò)。
圖2. mdwrky75-mderf114-mdmyb8-mdprx63模塊在蘋果抵御腐皮鐮刀菌侵染中的作用
腐皮鐮刀菌誘導(dǎo)了mdwrky75的表達(dá)，mdwrky75可直接與mderf114啟動子中的w-box基序結(jié)合。mderf114直接與mdprx63啟動子的gcc-box基序結(jié)合，并激活其表達(dá)，導(dǎo)致木質(zhì)素沉積。mdmyb8的表達(dá)也由腐皮鐮刀菌誘導(dǎo)。mdmyb8和mderf114之間的相互作用增強了mderf114與mdprx63啟動子的結(jié)合。木質(zhì)素的沉積增強了蘋果根系對腐皮鐮刀菌的抗性。
小結(jié)：該研究為蘋果根系抵御腐皮鐮刀菌侵染的調(diào)控機制提供了新的見解。同時，也為利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的根系轉(zhuǎn)基因技術(shù)，培育抗性砧木和防治蘋果重茬連作障礙提供了新的策略。
藍(lán)景科信提供了dap-seq技術(shù)支持。