热带作物学报

作者：付兰平, 辛曙丽, 刘永华, 朱国鹏

单位：1.海南大学园艺学院/海南省热带园艺作物品质调控重点实验室，海南海口 570228,2.保亭黎族苗族自治县农业服务中心，海南保亭 572316,3.海南大学三亚南繁研究院，海南三亚 572022

关键词：细胞壁转化酶,灰霉菌（Botrytis cinerea）,番茄,转录组测序,抗病基因

基金：国家自然科学基金项目(31760579),海南省研究生创新课题(Qhys2021-250)

由死体营养型病菌（necrotrophic pathogen）灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）侵染引起的灰霉病是番茄生产上的常见病害，可导致番茄大面积减产甚至绝收。蔗糖分解代谢在植物抗病中发挥着重要作用，不仅可为植物防御反应提供碳骨架和能量，还可通过信号途径调控抗病基因的表达。研究表明，分解蔗糖的细胞壁转化酶（cell wall invertase, CWIN）可增强植物对死体营养型病害的抗性。然而，目前尚无CWIN对番茄灰霉病抗性影响的相关研究。本研究以CWIN活性上调的转基因番茄（RNAi/R）及野生型番茄（WT/W）为材料，对其叶片进行灰霉菌（Bc）离体接种，研究CWIN对番茄灰霉病抗性的影响，同时对接种后12、60 h的叶片进行取样，通过转录组测序初步阐明CWIN调控番茄灰霉病抗性的分子机制。结果表明：（1）提高番茄CWIN活性可增强番茄叶片对灰霉病菌的抗性。（2）KEGG注释表明，接种12 h的DEGs（W-Bc-12 h-vs-R-Bc-12 h）共获得5个显著性富集通路，包括次生代谢物生物合成（biosynthesis of secondary metabolites）、代谢途径（metabolic pathways）、DNA复制（DNA replication）、淀粉和蔗糖代谢（starch and sucrose metabolism）以及甾族化合物生物合成（steroid biosynthesis）；接种60 h的DEGs（W-Bc-60 h-vs-R-Bc-60 h）则未发现显著性富集通路，表明接种早期是CWIN调控番茄抗病性的关键时期。（3）植物-病原菌互作图分析表明，参与超敏反应和防御相关基因诱导的富含亮氨酸重复（LRR）受体类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因FLS2和热激蛋白基因HSP90在接种后的RNAi叶片中上调，其可能是CWIN增强番茄抗病性机制中的重要基因。（4）植物激素信号通路和MapMan作图分析表明，接种后RNAi番茄的抗病激素茉莉酸（JA）和乙烯（ET）信号途径上调，同时水杨酸（SA）信号途径减弱，表明其可能共同作用提高RNAi番茄的抗病性。此外，接种后RNAi番茄叶片的生长促进激素生长素（IAA）和细胞分裂素（CTK）信号途径增强，而衰老促进激素脱落酸（ABA）信号途径减弱，这样可以抑制病菌侵染期间细胞的死亡，从而阻止死体营养型病菌灰霉病菌从死亡寄主细胞上获得必要的养分用于侵染。此外，MapMan作图还揭示接种后RNAi番茄叶片在细胞壁增厚、蛋白水解、活性氧（氧化还原状态和过氧化物酶）、次生代谢物方面也得到极大的加强，这些途径均有助于提高番茄的抗病性。综上，提高CWIN活性可增强番茄灰霉病抗性，转录组分析不仅验证已有的CWIN抗病分子机制，如细胞壁加厚、活性氧积累和超敏反应（HR）、抗病激素积累（SA和JA/ET）、病程相关蛋白（如HSP和PR）和次生代谢物的合成（如植物毒素和多酚等）等，而且还挖掘出一些新的CWIN抗病机制，包括生长促进激素（IAA和CTK）和衰老促进激素（ABA）信号途径和蛋白水解途径。研究结果可为下一步利用基因工程、分子育种等现代生物技术手段提高番茄灰霉病抗性提供理论指导。

来源：2024年第6期

《热带作物学报》期刊编辑部

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