腐皮镰刀菌是苹果重茬连作障碍（adr）的主要致病菌，严重损害苹果根系，抑制苹果植株正常生长。然而，苹果抵御腐皮镰刀菌的分子机制尚不清楚。因此，本研究对苹果和腐皮镰刀菌之间的相互作用机制进行了探究。
2023年1月31日，西北农林科技大学园艺学院苹果重点实验室的最新研究成果，发表在plant physiology期刊上(影响因子8.005)，文章题目为“mderf114 enhances the resistance of apple roots to fusarium solani by regulating the transcription of mdprx63”。该研究使用dna亲和纯化测序(dap-seq)技术鉴定了苹果mderf114的结合基序和靶基因。进一步研究揭示了mderf114正向调控苹果根系抵御腐皮镰刀菌侵染的分子机制，为培育抗adr的砧木提供了宝贵的基因资源。
mderf114在苹果根系中受腐皮镰刀菌诱导表达水平升高，mderf114定位于细胞核中。过表达mderf114提高了苹果根系对腐皮镰刀菌的耐受性；而干扰mderf114的表达，根系对腐皮镰刀菌敏感。通过dap-seq技术鉴定了mderf114结合的顺式作用元件gcc-box (gccgcc)，并筛选到一个与木质素合成相关的靶基因mdprx63。随后，酵母单杂交(y1h)、电泳迁移率实验(emsa)、双荧光素酶实验和β-葡萄糖醛酸酶(gus)染色实验进一步验证了mderf114可以直接与mdprx63启动子区域的gcc-box结合。
图1. mderf114直接与mdprx63启动子结合
a. dap-seq鉴定了mderf114的结合元件gcc-box。b. mdprx63启动子序列分析显示了gcc-box结合元件的存在。c. y1h实验表明mderf114可以与mdprx63启动子结合。d. emsa实验表明mderf114与mdprx63启动子中的gcc-box结合。e. 在本氏烟草中共表达mderf114和promdprx63影响luc/ren的相对活性。f. gus染色结果表明mderf114可以激活promdprx63的表达。
mderf114通过与mdprx63启动子结合调控其转录，促进苹果根系中木质素的沉积，从而提高对腐皮镰刀菌的抗性。mdwrky75同样受腐皮镰刀菌诱导表达上调，mdwrky75与mderf114启动子区域的w-box元件结合调控mderf114的表达，从而获得对腐皮镰刀菌的抗性。此外，mdmyb8通过与mderf114相互作用，促进mderf114与mdprx63启动子的结合，参与mderf114介导的对腐皮镰刀菌的防御网络。
图2. mdwrky75-mderf114-mdmyb8-mdprx63模块在苹果抵御腐皮镰刀菌侵染中的作用
腐皮镰刀菌诱导了mdwrky75的表达，mdwrky75可直接与mderf114启动子中的w-box基序结合。mderf114直接与mdprx63启动子的gcc-box基序结合，并激活其表达，导致木质素沉积。mdmyb8的表达也由腐皮镰刀菌诱导。mdmyb8和mderf114之间的相互作用增强了mderf114与mdprx63启动子的结合。木质素的沉积增强了苹果根系对腐皮镰刀菌的抗性。
小结：该研究为苹果根系抵御腐皮镰刀菌侵染的调控机制提供了新的见解。同时，也为利用农杆菌介导的根系转基因技术，培育抗性砧木和防治苹果重茬连作障碍提供了新的策略。
蓝景科信提供了dap-seq技术支持。