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北京农学院设施园艺科研团队揭示茉莉素调控番茄抗根结线虫的机制

发布日期:2023-02-28    作者:     来源:     点击:

近日,生物学1区TOP期刊New Phytologist在线发表了题为“Tomato defence againstMeloidogyne incognitaby jasmonic acid-mediated fine-tuning of kaempferol homeostasis”的研究论文,阐明了JA通过调控黄酮醇合成抑制子MYB57和激活子MYB108/112精细地控制着番茄地下部山柰酚的含量,以权衡侧根的发育和抗性的提升。该研究由我校设施园艺科研团队主导完成,王绍辉教授和赵文超副教授为该论文的通讯作者,硕士研究生梁晶晶、Vegetable Research青年编委赵文超和黄煌为该论文共同第一作者。研究生杨进山、冯加平、赵孟佳,孙路路副教授,高级实验师杨瑞、王建立,也参与了部分研究工作。本研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的资助。

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本研究首先证明JA合成基因LoxD过表达显著提高了番茄对线虫的抗性。通过趋避试验,证明LoxD基因过表达株系的线虫入侵率显著低于野生型。对LoxD过表达和野生型番茄的根系分泌物进行了代谢组分析,过表达株系根系分泌物中的黄酮类物质显著增加。一对一地进行线虫趋避及运动抑制实验,证实黄酮类物质(山奈酚)抑制了线虫的运动能力,且影响了线虫的入侵率。同时,发现LoxD过表达促进了山奈酚合成通路的FLSF3HCHI基因表达的显著上调,且FLS过表达株系显著提高了对根结线虫的抗性。利用转录组挖掘并证明番茄根系中调控山萘酚合成的MYB转录因子MYB57、MYB108和MYB112全部受到外施JA和根结线虫的诱导。体内和体外试验证明MYB57与茉莉酸信号通路多个JAZ蛋白存在互作。反向遗传学试验证明,MYB57负调控山萘酚的合成和根结线虫抗性,而正调控根系的生长;MYB108和112却恰好相反。这说明山萘酚作为植物体内重要的次级代谢物和信号物质,受到严格调控。茉莉酸信号在多个层面同时调节山萘酚的水平,以维持体内的抗逆和生长发育平衡。

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茉莉素调控番茄抗根结线虫的工作模型

值得一提的是,作者还讨论了JA在植物与根结线虫互作过程中存在着两面性。低浓度JA可被根结线虫利用,促进取食位点的形成,有利于根结线虫的寄生。高浓度JA则阻止根结线虫的入侵,抑制根结的形成和线虫的寄生。