中国农业大学高丽红课题组揭示纤维素代谢调控黄瓜抵御南方根结线虫的新机制

作为设施栽培体系中的重要蔬菜作物之一，黄瓜（Cucumis sativus L.）易遭受根结线虫病害威胁。当根结线虫入侵时，会引发宿主细胞壁系统性重构：一方面诱导巨细胞壁异常增厚并向内生长，形成掠夺根系营养的"物质通道"；另一方面显著激活植物纤维素代谢驱动巨细胞壁重塑，但具体分子调控机制尚未明晰。纤维素作为细胞壁主要成分，其在植物抵御南方根结线虫（Meloidogyne incognita）侵染中的调控机制仍不清楚。此外，油菜素内酯已被证实参与调控植物对南方根结线虫的抗性，但具体调控机制仍不清楚。

近日，中国农业大学园艺学院高丽红教授团队

The Plant Journal

图1 论文信息

研究发现，南方根结线虫胁迫显著诱导CsCEL1的表达，抑制CsCEL1可以降低黄瓜根部β-1,4内切葡聚糖酶活性，促进根内纤维素的积累；接种南方根结线虫后，CsCEL1敲除根系根结数显著减少，线虫发育减缓，敲除根系对南方根结线虫的敏感性降低（图2）。

图2 沉默CsCEL1降低黄瓜对南方根结线虫的敏感性

进一步发现，油菜素内酯核心转录因子CsBZR1可以直接结合CsCEL1启动子的E-box元件并激活其表达，且CsBZR1在根结处高度表达（图3）。南方根结线虫侵染黄瓜后，外源施用油菜素内酯抑制CsCEL1和CsBZR1的表达，并显著降低黄瓜根部的根结数。利用发根方法敲除黄瓜CsBZR1，对敲除CsBZR1根系接种南方根结线虫，发现敲除CsBZR1根系的根结大小和根结数显著降低，且巨细胞大小和单个根结巨细胞数显著减少，而根系中的纤维素含量显著提高（图4）。

图3 CsBZR1可以结合在CsCEL1启动子上并激活其表达

图4 敲除CsBZR1增强黄瓜对南方根结线虫的抗性

综上，该研究揭示了油菜素内酯信号通过介导纤维素代谢调控黄瓜对南方根结线虫敏感性，为黄瓜抗病改良提供基因储备。

中国农业大学园艺学院已毕业博士生冀婷婷和在读博士研究生梁美婷为共同第一作者，田永强教授和马斯副教授为通讯作者，高丽红教授对本研究提供了了大力支持和建设性意见。研究得到国家自然科学基金、现代农业产业技术体系大宗蔬菜、中国农业大学2115人才计划等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1111/tpj.70094