11月21日，西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院李建明教授團(tuán)隊(duì)在《Horticulture Research》上在線發(fā)表題為 “Combined effects of temperature and humidity on the interaction between tomato and Botrytis cinerea revealed by integration of histological characteristics and transcriptome sequencing” 的研究論文，揭示了溫室溫濕度耦合對(duì)番茄與灰霉菌的互作機(jī)理。園藝學(xué)院李建明教授為論文通訊作者，博士研究生李甜竹為論文第一作者。
該研究闡述了不同溫濕度耦合條件下，番茄植株對(duì)灰霉菌的防御響應(yīng)及病原菌的侵染過程變化，明確高溫高濕耦合和低溫高濕耦合分別通過誘導(dǎo)植株光合響應(yīng)和細(xì)胞壁修飾能力增強(qiáng)番茄對(duì)灰霉菌的抗性，并降低病原菌毒素代謝能力。研究結(jié)果為通過調(diào)控溫室環(huán)境控制番茄灰霉病探尋出新的思路。
番茄灰霉病是由灰葡萄孢菌（B. cinerea）引起的一種具有嚴(yán)重破壞性的真菌疾病，導(dǎo)致番茄腐爛、減產(chǎn)，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。溫度和濕度是影響植物-病原菌互作的兩個(gè)重要環(huán)境因素，低溫高濕是灰霉病發(fā)生的主要環(huán)境條件，該條件為灰霉菌的孢子萌發(fā)和菌絲生長等侵染結(jié)構(gòu)形成提供了有利的環(huán)境因素。當(dāng)濕度降低時(shí)，無論在何種溫度下灰霉菌都無法正常分化菌絲，導(dǎo)致侵染失敗。高溫高濕耦合和低溫高濕耦合都能有效抑制灰霉病的發(fā)生，增強(qiáng)植物抗性，但其抑制機(jī)理可能存在不同。
植物的光合作用在植物-病原菌互作中具有重要地位，植物葉綠體既是光合作用的場所，也是植物與病原體相互作用的主戰(zhàn)場。通過dual RNA-seq和葉綠體透射電鏡技術(shù)鑒定到以葉綠素a-b結(jié)合蛋白為代表的番茄光反應(yīng)基因上調(diào)，灰霉菌侵染誘導(dǎo)了高溫高濕耦合下番茄葉綠體的異常結(jié)構(gòu)變化，葉綠體的異常增大和光合基因的上調(diào)作為番茄對(duì)灰霉菌侵染的防御響應(yīng)以增強(qiáng)植株對(duì)病原菌的抗性。
植物細(xì)胞壁是植物抵御病原菌侵襲的有效物理屏障。Dual RNA-seq鑒定出以XTH為代表的許多番茄細(xì)胞壁修飾基因在低溫高濕耦合條件下增加，通過石蠟切片和植株細(xì)胞壁電鏡技術(shù)觀察到低溫高濕耦合下番茄葉片發(fā)生細(xì)胞壁重塑現(xiàn)象以抵御灰霉菌的攻擊。
溫室溫度和濕度不僅影響植物對(duì)病原菌的防御響應(yīng)，也極大的影響病原菌的毒素代謝和致病機(jī)理。高溫高濕耦合和低溫高濕耦合通過下調(diào)灰霉菌兩種主要植物毒素sesquiterpene BOT 和 polyketide BOA，抑制了病菌的毒素代謝能力。高溫高濕耦合抑制了編碼灰霉菌cyclin的相關(guān)基因表達(dá)，降低了病菌孢子萌發(fā)速率。低溫高濕耦合下調(diào)了灰霉菌以BcATG8為代表的細(xì)胞分化基因，菌絲透射電鏡觀察低溫高濕耦合下菌絲細(xì)胞電子致密度異常增大。本研究明確了溫室溫濕度耦合對(duì)番茄與灰霉菌的互作機(jī)理，揭示了高溫高濕耦合和低溫高濕耦合下番茄抗性的增強(qiáng)和病原菌侵染能力的下降。該機(jī)理的明確將為通過調(diào)控溫室環(huán)境抑制番茄灰霉病的發(fā)生提供重要的理論依據(jù)和指導(dǎo)意義。
該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhac257
行業(yè)：
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