作為設(shè)施栽培體系中的重要蔬菜作物之一，黃瓜（Cucumis sativus L.）易遭受根結(jié)線蟲病害威脅。當(dāng)根結(jié)線蟲入侵時，會引發(fā)宿主細(xì)胞壁系統(tǒng)性重構(gòu)：一方面誘導(dǎo)巨細(xì)胞壁異常增厚并向內(nèi)生長，形成掠奪根系營養(yǎng)的"物質(zhì)通道"；另一方面顯著激活植物纖維素代謝驅(qū)動巨細(xì)胞壁重塑，但具體分子調(diào)控機制尚未明晰。纖維素作為細(xì)胞壁主要成分，其在植物抵御南方根結(jié)線蟲（Meloidogyne incognita）侵染中的調(diào)控機制仍不清楚。此外，油菜素內(nèi)酯已被證實參與調(diào)控植物對南方根結(jié)線蟲的抗性，但具體調(diào)控機制仍不清楚。

近日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院高麗紅教授團(tuán)隊

The Plant Journal

圖1 論文信息

研究發(fā)現(xiàn)，南方根結(jié)線蟲脅迫顯著誘導(dǎo)CsCEL1的表達(dá)，抑制CsCEL1可以降低黃瓜根部β-1,4內(nèi)切葡聚糖酶活性，促進(jìn)根內(nèi)纖維素的積累；接種南方根結(jié)線蟲后，CsCEL1敲除根系根結(jié)數(shù)顯著減少，線蟲發(fā)育減緩，敲除根系對南方根結(jié)線蟲的敏感性降低（圖2）。

圖2 沉默CsCEL1降低黃瓜對南方根結(jié)線蟲的敏感性

進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，油菜素內(nèi)酯核心轉(zhuǎn)錄因子CsBZR1可以直接結(jié)合CsCEL1啟動子的E-box元件并激活其表達(dá)，且CsBZR1在根結(jié)處高度表達(dá)（圖3）。南方根結(jié)線蟲侵染黃瓜后，外源施用油菜素內(nèi)酯抑制CsCEL1和CsBZR1的表達(dá)，并顯著降低黃瓜根部的根結(jié)數(shù)。利用發(fā)根方法敲除黃瓜CsBZR1，對敲除CsBZR1根系接種南方根結(jié)線蟲，發(fā)現(xiàn)敲除CsBZR1根系的根結(jié)大小和根結(jié)數(shù)顯著降低，且巨細(xì)胞大小和單個根結(jié)巨細(xì)胞數(shù)顯著減少，而根系中的纖維素含量顯著提高（圖4）。

圖3 CsBZR1可以結(jié)合在CsCEL1啟動子上并激活其表達(dá)

圖4 敲除CsBZR1增強黃瓜對南方根結(jié)線蟲的抗性

綜上，該研究揭示了油菜素內(nèi)酯信號通過介導(dǎo)纖維素代謝調(diào)控黃瓜對南方根結(jié)線蟲敏感性，為黃瓜抗病改良提供基因儲備。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院已畢業(yè)博士生冀婷婷和在讀博士研究生梁美婷為共同第一作者，田永強教授和馬斯副教授為通訊作者，高麗紅教授對本研究提供了了大力支持和建設(shè)性意見。研究得到國家自然科學(xué)基金、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系大宗蔬菜、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)2115人才計劃等項目的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1111/tpj.70094