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(jī)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(jī)制進(jìn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(jī)制，為培育抗ADR的砧木提供了寶貴的基因資源。

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(gè)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(shí)驗(yàn)(EMSA)、雙熒光素酶實(shí)驗(yàn)和β-葡萄糖醛酸酶(GUS)染色實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了MdERF114可以直接與MdPRX63啟動(dòng)子區(qū)域的GCC-box結(jié)合。

圖1. MdERF114直接與MdPRX63啟動(dòng)子結(jié)合

A. DAP-seq鑒定了MdERF114的結(jié)合元件GCC-box。B. MdPRX63啟動(dòng)子序列分析顯示了GCC-box結(jié)合元件的存在。C. Y1H實(shí)驗(yàn)表明MdERF114可以與MdPRX63啟動(dòng)子結(jié)合。D. EMSA實(shí)驗(yàn)表明MdERF114與MdPRX63啟動(dòng)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(dòng)子結(jié)合調(diào)控其轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)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(dòng)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(jìn)MdERF114與MdPRX63啟動(dòng)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(dòng)子中的W-box基序結(jié)合。MdERF114直接與MdPRX63啟動(dòng)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(qiáng)了MdERF114與MdPRX63啟動(dòng)子的結(jié)合。木質(zhì)素的沉積增強(qiáng)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(jī)制提供了新的見解。同時(shí)，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。