JAR | 郑州烟草研究院团队揭示烟草抵抗野火病的关键调控机制

烟草是一种重要的经济作物，其产量和品质直接影响农业经济效益。同时，它也是研究植物与病原菌互作的理想模型之一。然而，丁香假单胞菌等公认的十大植物病原菌之一，能够通过多种途径侵入烟草，引发严重的叶片病害，其中“野火病”更是给全球烟草产业带来了巨大的经济损失。尽管对病原菌的致病机制已有显著研究进展，但烟草如何高效、动态地应对这类感染的防御机制，仍有待深入阐明。

近日，郑州烟草研究院金静静团队在国际综合性期刊Journal of Advanced Research上在线发表了题为Time-series Transcriptome and Metabolome Profiling UncoversWRKY6andWRKY23as Critical Regulators in Tobacco Response to Pseudomonas syringae Infection的研究论文。该研究以栽培烟草为模式植物，首次整合了高分辨率的时间序列转录组和代谢组数据，深入揭示了烟草在遭受“野火病”（由丁香假单胞菌引起）侵染过程中分阶段、动态的防御策略。研究团队成功鉴定出两个关键的转录因子—WRKY6和WRKY23，并初步解析了它们在烟草抵抗病原菌入侵中的核心调控机制。

本研究以栽培烟草为模式植物，基于时间序列的转录组与代谢组数据，构建了丁香假单胞菌感染过程的动态响应网络，揭示了烟草在不同时间阶段的防御策略。结果表明：感染早期（12-24小时），烟草迅速启动“预警与动员”模式。植物优先激活应激信号通路和植物激素（如水杨酸和茉莉酸等）信号，同时暂时抑制光合作用，将能量和资源导向防御系统。在感染后期（48-60小时）： 防御策略重心转向“固守与修复”模式。烟草致力于维持细胞的正常稳态，并持续合成次级代谢产物，这些产物可能具有直接的抗菌活性或增强植物自身的抗性。

通过深度关联分析，研究揭示了WRKY、ERF和NAC等转录因子在协调不同防御阶段核心基因表达模块中扮演着“指挥官”的角色。 其中，WRKY6和WRKY23是关键基因表达模块的核心调控因子。通过构建WRKY6和WRKY23的敲除和过表达材料，发现它们是野火病调控的负调控因子。 当这两个基因被敲除后，烟草表现出显著增强的野火病抵抗力。进一步的机制解析显示，WRKY6和WRKY23通过活性氧（ROS）信号通路介导对病原菌的响应，并能够显著调控苯丙烷类代谢途径。具体而言，它们影响着L-苯丙氨酸的稳态调控，并可能通过此途径影响具有防御功能的次级代谢产物xanthosine的合成。基于此，我们提出了烟草响应野火病的动态调控模型。

烟草响应丁香假单胞菌侵染的模型图

郑州烟草研究院和沈阳农业大学联合培养硕士研究生田新华为该论文的第一作者，金静静博士和南开大学玄元虎教授为论文的共同通讯作者。该研究是在中国烟草总公司首席科学家创新专项项目、北京生命科技研究院自立项目、中国烟草总公司重大专项、河南省自然科学基金项目、湖南中烟科技项目的资助和推动下完成的。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123226000615