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我院何水林教授团队在高温高湿下茄科植物抗青枯病机制研究中取得重要进展

  发布时间: 2021-11-26   信息员:   

 病害是影响作物生长发育最重要生物逆境之一,因其危及到粮食安全而受到高度重视并开展了大量的研究,取得了重要进展。现在一般认为SAJA介导的信号通路广泛地参与了植物应答病原菌侵染的防御反应,在植物抗病中起关键调节作用,而细胞分裂素(CK)等激素虽也参与植物免疫反应的调节,但不同的研究结果结论很不一致。有些研究指出CKABA在植物抗病中起正调节作用,而另一些报道则指出它们在植物抗病中起负调节作用。


福建农林大学何水林教授团队于Plant, Cell & Environment在线发表了题为“Solanaceous Plants Switch to Cytokinin-Mediated Immunity against Ralstonia solanacearum under High Temperature and High Humidity” 的研究论文指出辣椒等茄科植物在常温下启动SAJA通路介导的免疫反应以应答青枯菌的侵染,然而,在高温高湿条件下,SA信号通路仅在青枯菌侵染的早期有短暂的上调,JA介导的信号通路则被关闭,而CK信号通路被激活,并因此激活高温高湿下特异的GST以提高植物的抗病水平。该研究首先通过RNA-seq和内源激素检测发现高温高湿下青枯菌接种后Mgst3PRP1等编码GST蛋白的基因和CK合成的关键酶基因IPT5显著上调,ICS1LOX1等合成SAJA的关键酶基因下调,与之相应的是JA的含量降低和SA的含量提早降低;相反,反玉米素等CKs的含量则显著上调。研究进一步通过反向遗传学手段发现IPT5Mgst3PRP1在高温高湿下辣椒和本生烟草抗青枯病中起正调节作用,且IPT5的表达上调可导致Mgst3PRP1等表达上调。说明CK信号通过控制GST编码基因的表达起作用。研究进一步发现CK通路介导的免疫反应仅存在于应答病原菌侵染中,它可增加H3K9me2而降低H3K4me3Mgst3PRP1等抗病相关基因的转录起始位点附近沉积,从而调节染色质重塑。此外,还发现外源施加的SAMeJA和反玉米素中仅反玉米素可提高辣椒、番茄和烟草在高温高湿下抗青枯病水平,进一步证实了细胞分裂素在这些茄科植物高温高湿下抗青枯病的作用。

在热带和亚热带地区,高温高湿是植物频繁遭遇的自然环境。高温高湿下对病原菌侵染的敏感构成了多数喜温作物抗病的瓶颈。虽然高温对植物抗病的影响近年来逐渐得到了重视,但大多数研究仅止于高温对植物免疫的阻止作用。该研究第一次将CK信号通路与高温高湿下茄科植物抗病联系起来,开辟了植物抗病机制研究新领域;青枯病等土传病原菌寄主十分广泛,它们蛰伏在土壤中只要遇到高温高湿的环境即可危害植物,且一旦发病防治十分困难。这可能与基于传统常温下抗病机制的防治策略不当有关。该研究发现的通过调节CK信号通路可有效提高茄科植物在高温高湿下的抗病水平,为此类病害的防治开辟了新的途径。

论文的第一作者是杨晟博士,通讯作者是何水林教授,该研究获得国家自然科学基金(31572136, 31372061)及福建农林大学优秀博士毕业论文基金(324-1122yb047)项目资助。

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14222