近日,南京农业大学园艺学院菊花遗传与种质创新团队在国际权威期刊《The Plant Cell》发表题为“Graft transmissible resistance to Alternaria alternata is mediated by rootstock to scion JA transport activating raffinose synthesis”的研究论文,揭示了砧木源茉莉酸作为长距离移动信号赋予嫁接菊花黑斑病抗性的分子机制。南京农业大学园艺学院钟山青年研究员李文杰为论文第一作者,管志勇教授和陈发棣教授为论文共同通讯作者。
该研究首次揭示了砧木源茉莉酸向接穗的长距离运输是嫁接抗病性传递的重要机制,并将棉子糖的功能从传统非生物胁迫保护剂拓展至生物胁迫免疫信号分子。
该研究以菊花-北艾(Artemisia vulgaris)嫁接材料作为研究体系,发现将感病菊花接穗嫁接到抗病北艾砧木后,接穗的黑斑病抗性得到显著增强。通过不同嫁接组合转录组分析,鉴定出一个编码棉子糖合成酶的基因CmRS6,接种链格孢菌后,该基因在北艾为砧木的嫁接植株中表达显著上调,而在感病的菊花自接植株中表达无显著变化,暗示其在将北艾抗性传递到接穗中发挥重要作用。功能验证表明CmRS6正调控菊花对链格孢菌的抗性。更重要的是,外源棉子糖处理也可增强番茄、甘蓝和苹果等植物对链格孢菌的抗性,凸显了其广谱防御功能。研究表明,棉子糖并非直接杀菌,而是作为信号分子触发活性氧介导的免疫反应以抵御病菌侵染。
进一步研究发现,转录因子CmERF1B可以直接结合CmRS6启动子并促进其表达,诱导棉子糖积累,正调控菊花链格孢菌抗性;而茉莉酸信号通路阻遏蛋白CmJAZ1-like则通过直接互作抑制CmERF1B的转录激活功能。有趣的是,嫁接、同位素标记、质谱和遗传分析证实,链格孢菌侵染可促进北艾砧木向菊花接穗长距离运输茉莉酸,诱导CmJAZ1-like蛋白降解,释放CmERF1B并促进CmRS6表达,进而积累棉子糖,最终提高接穗的抗病性。
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砧木源茉莉酸信号调控嫁接菊花黑斑病抗性的工作模型
论文链接:
https://doi.org/10.1093/plcell/koag210
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