香蕉枯萎病是制約我國(guó)乃至世界香蕉生產(chǎn)的毀滅性病害。其病原菌Fusarium oxysporumf. sp. cubense tropical race 4 （Foc TR4）可以在土壤中長(zhǎng)期存活，導(dǎo)致病害防控非常困難?？共∮N是目前最有效的病害防控方法，然而大部分香蕉抗病品種在抗性與果實(shí)品質(zhì)、生育期等生物性狀之間難以平衡，致使一些對(duì)枯萎病高抗的品種難以推廣與應(yīng)用。因此，深入探究香蕉枯萎病菌的致病機(jī)制及其與寄主的相互作用機(jī)制，對(duì)于開發(fā)新型高效的香蕉枯萎病防控技術(shù)具有重要意義。
前期研究鑒定了香蕉枯萎病菌侵染初期的一個(gè)關(guān)鍵的致病milRNA（microRNA like small RNA）：Foc-milR87，敲除其前體，病原菌的致病力顯著下降（Li et al., 2022. PLoS Pathogens）。本研究通過(guò)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合milRNA靶基因在線預(yù)測(cè)，在寄主香蕉的基因組中篩選鑒定了Foc-milR87的靶基因MaPTI6L，該基因編碼一種植物特有的AP2型轉(zhuǎn)錄因子，靶位點(diǎn)位于靶基因mRNA的3'UTR區(qū)。序列比較發(fā)現(xiàn)部分香蕉抗病品種中MaPTI6L基因在Foc-milR87靶位點(diǎn)處存在天然單核苷酸多態(tài)性（SNPs）。本研究證明這種單核苷酸突變確實(shí)會(huì)阻斷Foc-milR87對(duì)靶標(biāo)基因的抑制作用，并且核苷酸突變?cè)蕉啵搈ilRNA對(duì)其靶基因的表達(dá)抑制作用越弱。
在本氏煙中異源表達(dá)MaPTI6L發(fā)現(xiàn)其定位于細(xì)胞核，可觸發(fā)植物的免疫反應(yīng)，并提高植物的抗病性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)MaPTI6L可結(jié)合到MaEDS1啟動(dòng)子區(qū)域的GCC盒上，從而激活其下游抗性相關(guān)水揚(yáng)酸（SA）通路基因的表達(dá)。在香蕉枯萎病菌侵染早期，MaPTI6L響應(yīng)病原菌的侵染而上調(diào)表達(dá)，隨著病程發(fā)展，病原菌分泌大量的Foc-milR87進(jìn)入寄主植物細(xì)胞，并特異性地結(jié)合到MaPTI6L的3'UTR區(qū)域，抑制MaPTI6L的表達(dá)，從而抑制MaEDS1的激活。
本研究證明香蕉枯萎病菌的milRNA能夠通過(guò)跨界調(diào)控寄主植物抗性基因的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)病原菌對(duì)寄主植物的侵染；同時(shí)發(fā)現(xiàn)的野生抗枯萎病香蕉品種中MaPTI6L基因的3'UTR的SNPs幫助寄主香蕉逃避枯萎病菌Foc-milR87的識(shí)別與抑制，從而激活了寄主植物內(nèi)在的免疫防衛(wèi)反應(yīng)。這種來(lái)自非編碼區(qū)的單核苷酸突變將突破當(dāng)前香蕉改良過(guò)程中面臨的遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)限制，只需要針對(duì)幾個(gè)特定核苷酸進(jìn)行精準(zhǔn)基因編輯，即可實(shí)現(xiàn)香蕉抗病性的顯著提升。
植物保護(hù)學(xué)院碩士研究生鐘家祺（已畢業(yè)）、何成成和博士后司徒俊鍵為論文的共同第一作者，李敏慧副教授、姜子德教授為該文通訊作者，孔廣輝副教授和李華平教授參與論文設(shè)計(jì)。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金和國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)香蕉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助。
相關(guān)論文鏈接：
https://academic.oup.com/hr/advance-article-abstract/doi/10.1093/hr/uhae361/7934107?utm_source=advanceaccess&utm_campaign=hr&utm_medium=email
