千年桐如何讓植物枯萎病菌止步韌皮部

千年桐根木質部抗枯萎病機制模式圖 中國林科院亞林所供圖

　　近日，中國林科院亞熱帶林業研究所特色林木資源育種與培育創新團隊以抗枯萎病的千年桐為材料，挖掘鑒定抗枯萎病新基因及其機制，為油桐和其他植物的抗枯萎病機制和抗性育種提供了思路。相關成果在《園藝研究》(Horticulture Research）上發表。

　　為害嚴重的植物枯萎病

　　論文通訊作者、中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所研究員汪陽東介紹，枯萎病是植物十大真菌病害之一，已有100余種植物栽培種相繼被報道發生了枯萎病。

　　油桐是原產我國的油料樹種和戰略資源，其生產的桐油是最好的植物干性油之一。“但油桐主栽品種三年桐規模化種植面臨油桐枯萎病（俗稱桐瘟）的危害，嚴重制約了油桐產業的發展。”汪陽東說。

　　目前，油桐枯萎病已在全國南方8個省份90余個縣市發生蔓延，全國60%以上的油桐林不同程度地爆發了枯萎病。

　　“跟三年桐同一個屬的千年桐發病率極低，但其生長結實慢、桐油品質次。”論文通訊作者、中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所研究員陳益存告訴《中國科學報》，以千年桐為砧木、三年桐為接穗進行嫁接是目前有效的降低枯萎病發病率的方法。

　　然而要想徹底防治植物枯萎病，就必須搞清楚植物抵抗枯萎病的機制。陳益存認為，千年桐作為枯萎病的高抗材料，可以為枯萎病機制的研究提供了寶貴材料。

　　千年桐讓病原菌止步韌皮部

　　該團隊長期圍繞南方特色林木資源開展抗性與品質育種工作，近來年在油桐抗枯萎病高產品種選育及抗枯萎病機制上取得重要進展。

　　論文第一作者、中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所已畢業博士研究生張啟燕介紹，他們通過電鏡觀察發現，油桐枯萎病病原菌Fof-1能夠穿透三年桐側根的皮層橫向侵染韌皮部和木質部，并通過側根木質部縱向擴展到主根和莖的木質部。

　　但是在千年桐中，病原菌只能傳播到側根的韌皮部，不能侵染到側根木質部，從而阻斷了向地上部分的傳播。

　　比較轉錄組分析發現,VmD6PKL2是關鍵的抗病中心基因。千年桐VmD6PKL2特異性地在維管組織的木質部中高表達，而三年桐中相應的抗病基因VfD6PKL2主要在韌皮部表達。

　　病原菌侵染后，三年桐VfD6PKL2的表達量一直維持在較低水平，而千年桐VmD6PKL2呈現先升高后下降的趨勢，表明千年桐VmD6PKL2可以響應枯萎病菌病原菌的侵染。

　　揭示抗病機理

　　為了搞清楚上述現象的原因，該團隊進行了一系列研究。

　　結果發現，與野生型擬南芥相比，純合突變體對枯萎病菌的侵染更敏感，而過表達VmD6PKL2擬南芥的抗枯萎病能力提高。與野生型番茄相比，過表達VmD6PKL2番茄的抗枯萎病能力提高。

　　進一步試驗發現，千年桐VmD6PKL2可以與枯萎病菌的負調控因子突觸結合蛋白VmSYT3互作，過表達VmD6PKL2顯著下調了VmSYT3的表達量。

　　研究結果表明，在千年桐根的木質部VmD6PKL2 通過抑制負調控因子VmSYT3的表達而發揮抗枯萎病作用。

　　該研究利用抗枯萎病材料千年桐，首次從組織水平、細胞、細胞水平、分子水平揭示側根木質部對枯萎病病原菌的防御作用，并首次挖掘鑒定了側根木質部特異高表達基因VmD6PKL2的抗枯萎病分子機制，證明VmD6PKL2的過表達可以增強擬南芥、油桐等植物抗枯萎病能力。

　　研究結果為研究植物抗枯萎病機制提供了新視角，為油桐等植物的抗枯萎病分子育種提供了新思路。

　　該研究得到國家自然科學基金和浙江省育種重大專項的資助。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41438-021-00656-2