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最新观点| 环境温度通过JA信号通路调节水稻稻瘟病的基础抗性

作者:刘欣泽 祝蕾

近日,中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室寇艳君团队在Molecular Plant杂志发表了题为“Warm temperature compromises JA-regulated basal resistance to enhance Magnaporthe oryzae infection in rice”的研究论文,该团队发现:与28℃相比,22℃时由于茉莉酸(JA)生物合成的降低,使得JA信号通路的激活降低,进一步导致下游基础抗性基因表达下调,最终降低了水稻在温暖环境下对稻瘟病的抗性。

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作者首先探究了不同温度对稻瘟病发生的影响,14℃和33℃条件下稻瘟病不发生,但在22℃和28℃条件下水稻都能感染稻瘟病,同时22℃条件下稻瘟病发生更严重(图1)。通过稻瘟病菌M. oryzae生长状态对比发现:14℃和33℃的温度影响了M. oryzae菌丝的生长;而22℃和28℃条件下,M. oryzae菌丝生长良好,且28℃条件下,菌丝生长更加旺盛。为何28℃条件下,M. oryzae菌丝生长更加旺盛,而稻瘟病的发生反而降低了呢?植物一般通过R基因介导的抗性和基础抗性抵抗病菌入侵,在28℃条件下,研究者未检测到R基因介导的抗性发挥功能,但基础抗性相关的基因表达量显著上调(图3)。

进一步对22℃和28℃条件下接种M. oryzae的水稻进行转录组分析,发现28℃条件下M. oryzae能诱导JA合成相关的基因表达上调,同时22℃条件下JA合成水平降低导致稻瘟病侵染加重;22℃条件下,外源施加JA能降低稻瘟病发生(图4)。对其中变化显著的JA合成相关基因OsMYC2、OsMYB22、 OsCEBiP进行功能验证,发现这三个基因突变之后都导致水稻在28℃条件下稻瘟病感染加重;而过表达OsMYC2则能使22℃条件下稻瘟病感染减轻(图4)。并且,作者通过Y2H、BiFC、Pull-down等实验证明OsMYC2和OsMYB22能形成复合体,而EMSA、Pro-LUC实验显示OsMYC2和OsMYB22能分别激活OsCEBiP的表达,并且OsMYC2和OsMYB22互作对OsCEBiP激活作用是增强的(图5)。

据此,作者提出了22℃和28℃条件下,M. oryzae诱导JA信号途径调控植物基础抗性的工作模型:在28℃条件下,M. oryzae菌诱导JA合成并激活JA信号途径,诱导基础抗性基因的表达,抑制稻瘟病感染;而22℃时JA合成减少导致水稻基础抗性降低,稻瘟病感染增强(图6)。

该研究结果深入揭示了温度调节植物抗病原真菌的机制,加深我们对水稻等作物抗病机理的全面了解和可能的抗病改良应用,为科学应对未来气候变化,开发新的稻瘟病防治策略以及保障粮食安全,提供了重要的基因资源和理论支撑。

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原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.02.014





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