近日，中國熱科院生物所、熱帶作物生物育種全國重點實驗室甘蔗逆境生物學(xué)研究團隊在甘蔗基因調(diào)控植物抗病性方面取得新進展。該研究揭示了甘蔗Ca2+/H+反向轉(zhuǎn)運體基因與茉莉酸（JA）途徑的密切相關(guān)，負調(diào)控轉(zhuǎn)基因植株對病原菌的防御反應(yīng)，為探究甘蔗ScCAX4基因的抗病作用機制奠定基礎(chǔ)，并為甘蔗抗性育種提供基因資源。

 

　　由鞭黑粉菌（Sporisorium scitamineum）引起的甘蔗黑穗病是甘蔗產(chǎn)業(yè)中最為重要、傳播最廣的真菌病害，號稱“癌癥”。培育抗病新品種是防治甘蔗黑穗病最為經(jīng)濟有效的措施，其中挖掘和鑒定甘蔗抗病基因是利用轉(zhuǎn)基因或基因編輯技術(shù)培育抗黑穗病新品種的前提和基礎(chǔ)。Ca2+/H+反向轉(zhuǎn)運體（Ca2+/H+ exchanger，CAX）能夠調(diào)節(jié)植物細胞內(nèi)Ca2+水平，在植物生長發(fā)育和響應(yīng)外界脅迫過程中發(fā)揮重要作用。研究團隊前期已經(jīng)對CaCA超家族進行系統(tǒng)鑒定，發(fā)現(xiàn)甘蔗ScCAX1-4等4個基因能夠在黑穗病響應(yīng)中發(fā)揮作用，還探索了ScCAX1、ScCAX2和ScCAX3等3個基因的功能。目前，關(guān)于甘蔗ScCAX4基因如何在植物抗病過程中發(fā)揮作用及其如何調(diào)控通路尚未見報道。

 

　　研究發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定過表達ScCAX4基因的轉(zhuǎn)基因植株對病原菌具有更高的敏感性，與野生型相比，表現(xiàn)出更大的病斑面積和更高的H2O2積累。同時，轉(zhuǎn)基因和野生型植株之間，HR標記基因、SA信號通路相關(guān)基因、JA信號通路相關(guān)基因、ET信號通路相關(guān)基因和ROS相關(guān)基因的表達存在顯著差異。通過RNA-seq（轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)）構(gòu)建了ScCAX4基因介導(dǎo)的免疫反應(yīng)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，在接種病原菌后，植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以及植物-病原體相互作用等通路基因差異表達。其中JA通路基因在野生型中無響應(yīng)，但在過表達ScCAX4株系中顯著上調(diào)表達，揭示了JA通路在免疫過程中的關(guān)鍵作用。

 

　　研究團隊構(gòu)建了甘蔗ScCAX4基因在抗病防御反應(yīng)中的調(diào)控機制模型。以上研究有助于深入理解CAX基因在植物響應(yīng)生物脅迫中的作用，并為后續(xù)深入解析CAX基因的抗病功能提供了方向。

 

　　該研究成果以“Sugarcane ScCAX4 is a negative regulator of resistance to pathogen infection” 為題發(fā)表于《Journal of Agricultural and Food Chemistry》。中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心客座研究人員/北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥用植物研究所張暢為該論文的共同第一作者；中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院/熱帶生物技術(shù)研究所/熱帶作物生物育種全國重點實驗吳期濱副研究員和中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心主任/熱帶生物技術(shù)研究所/熱帶作物生物育種全國重點實驗/福建農(nóng)林大學(xué)闕友雄研究員為該論文的共同通訊作者。該研究得到熱帶作物生物育種全國重點實驗室科研專項、國家重點研發(fā)計劃、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項、國家糖料產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、廣西省和云南省甘蔗遺傳育種重點實驗室開放課題等項目的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c00805