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武漢植物園在番茄果實響應灰霉病研究中取得新進展
灰霉病是番茄最主要的采后病害之一，該病由灰霉(Botrytis cinerea)侵染導致，每年在全球造成高達100-1000億美元的經濟損失。成熟番茄果實對灰霉病高度敏感，而成熟過程又是果實風味、色澤等品質形成不可或缺的前提條件。如何在保障果實正常成熟、形成優良品質的同時，有效提升其抗病性，是番茄產業亟待解決的核心難題。 因此，發掘同時參與成熟進程調控與抗病性形成的關鍵因子，對于協同改良果實品質和抗病性至關重要。
灰霉菌是一種典型的死體營養型病原真菌，而茉莉酸(JA)是植物抵御此類病原菌侵害的核心防御激素。病原菌入侵會誘導活性茉莉酸信號分子——茉莉酸-異亮氨酸(JA-Ile)積累，進而通過核心轉錄因子MYC2啟動并級聯放大JA防御信號轉導。番茄果實成熟核心轉錄因子RIN和NOR是啟動和調控成熟進程的關鍵激活因子。本研究發現，灰霉菌侵染能誘導番茄果實JA-Ile含量顯著升高，而NOR或RIN基因敲除突變體不僅果實成熟受阻，其灰霉病抗性也顯著減弱，且JA-Ile積累的誘導效應嚴重受損。這表明NOR和RIN是果實響應灰霉病、激活JA防御途徑的關鍵因子。研究團隊進一步深入解析了NOR和RIN如何通過MYC2激活JA信號通路起作用，提出了番茄果實響應灰霉病的“MYC2-NOR/RIN-ERF.F4-PR”防御信號通路新機制(圖1)： 成熟調控因子NOR和RIN通過與JA信號核心樞紐MYC2形成蛋白復合體，一方面增強灰霉菌誘導的JA-Ile信號積累，另一方面直接協同激活下游轉錄因子ERF.F4的表達;ERF.F4則特異性轉錄激活抗病關鍵執行基因PR-STH2，最終增強果實對灰霉菌的防御能力。該研究不僅揭示了成熟調控因子在果實抗病中的關鍵作用，更提供了在不犧牲果實優良成熟品質的前提下，通過靶向調控該復合體通路來協同提升果實抗病性的新策略。
圖1 番茄MYC2-NOR/RIN蛋白復合體抵御灰霉病作用模式圖
相關研究結果以“Ripening-induced defense signaling in Botrytis cinerea-infected tomato fruits involves activation of ERF.F4 by a MYC2-NOR/RIN protein complex”為題發表在Plant Biotechnology Journal期刊。中國科學院武漢植物園李珊博士為該論文第一作者。中國科學院武漢植物園高磊研究員、浙江大學陳昆松教授和英國諾丁漢大學Donald Grierson教授為論文共同通訊作者。中國農業大學朱本忠教授對本研究給予了重要指導。中國農業大學傅達奇教授提供了重要的番茄種質材料。中國科學院武漢植物園吳攀博士、郭素敏博士、於曉芬博士及研究生黃鈺琳、趙宇參與了本研究。該研究得到了國家自然科學基金、湖北省自然科學基金等的資助。
園藝植物基因組與分子改良研究組
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