近日，中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所(以下簡稱中國林科院亞林所)特色林木資源育種與培育創(chuàng)新團隊以抗枯萎病的千年桐為材料，挖掘鑒定抗枯萎病新基因及其機制，為油桐和其他植物的抗枯萎病機制和抗性育種提供了思路。相關(guān)成果發(fā)表于《園藝研究》。

論文通訊作者、中國林科院亞林所研究員汪陽東介紹，枯萎病是植物十大真菌病害之一。油桐是原產(chǎn)我國的油料樹種和資源，其產(chǎn)生的桐油是最好的植物干性油之一。“但油桐主栽品種三年桐規(guī)模化種植面臨油桐枯萎病(俗稱桐瘟)的危害，嚴(yán)重制約了油桐產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”

目前，油桐枯萎病已在南方8個省份90余個縣市發(fā)生蔓延，全國60%以上的油桐林不同程度地暴發(fā)了枯萎病。

“跟三年桐同一個屬的千年桐發(fā)病率極低，但生長結(jié)實慢、桐油品質(zhì)次。”論文通訊作者、中國林科院亞林所研究員陳益存告訴《中國科學(xué)報》，以千年桐為砧木、三年桐為接穗進行嫁接是目前降低枯萎病發(fā)病率的有效方法。

然而，想徹底防治植物枯萎病，就必須搞清楚植物抵抗枯萎病的機制。陳益存認(rèn)為，千年桐作為枯萎病的高抗材料，可為枯萎病機制研究提供寶貴材料。

該團隊長期圍繞南方特色林木資源開展抗性與品質(zhì)育種工作，近年來在油桐抗枯萎病高產(chǎn)品種選育及抗枯萎病機制上取得重要進展。

論文第一作者、中國林科院亞林所已畢業(yè)博士研究生張啟燕介紹，他們通過電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，油桐枯萎病病原菌Fof-1能夠穿透三年桐側(cè)根的皮層，橫向侵染韌皮部和木質(zhì)部，并通過側(cè)根木質(zhì)部縱向擴展到主根和莖的木質(zhì)部。但是在千年桐中，病原菌只能傳播到側(cè)根的韌皮部，不能侵染到側(cè)根木質(zhì)部，從而阻斷了向地上部分的傳播。

比較轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，VmD6PKL2是關(guān)鍵的抗病中心基因。千年桐VmD6PKL2特異性地在維管組織的木質(zhì)部中高表達，而三年桐中相應(yīng)的抗病基因VfD6PKL2主要在韌皮部表達。

病原菌侵染后，三年桐VfD6PKL2的表達量一直維持在較低水平，而千年桐VmD6PKL2呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，表明千年桐VmD6PKL2可以響應(yīng)枯萎病病原菌的侵染。

為了搞清楚上述現(xiàn)象的原因，該團隊進行了一系列研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與野生型擬南芥相比，純合突變體對枯萎病菌的侵染更敏感，而過表達VmD6PKL2擬南芥的抗枯萎病能力提高。與野生型番茄相比，過表達VmD6PKL2番茄的抗枯萎病能力也得到提高。

進一步試驗發(fā)現(xiàn)，千年桐VmD6PKL2可以與枯萎病菌的負(fù)調(diào)控因子突觸結(jié)合蛋白VmSYT3互作，過表達VmD6PKL2顯著下調(diào)了VmSYT3的表達量。研究結(jié)果表明，在千年桐根的木質(zhì)部VmD6PKL2通過抑制負(fù)調(diào)控因子VmSYT3的表達而發(fā)揮抗枯萎病作用。

該研究利用抗枯萎病材料千年桐，首次從組織水平、細(xì)胞、細(xì)胞水平、分子水平揭示側(cè)根木質(zhì)部對枯萎病病原菌的防御作用，并首次挖掘鑒定了側(cè)根木質(zhì)部特異高表達基因VmD6PKL2的抗枯萎病分子機制，證明VmD6PKL2的過表達可以增強擬南芥、油桐等植物抗枯萎病能力。(記者 李晨 通訊員 楊瑩瑩)

關(guān)鍵詞： 千年桐 特色林木資源育種 枯萎病 枯萎病新基因