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真菌多樣性與真菌病害調(diào)控技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在鉀營(yíng)養(yǎng)促進(jìn)蘋(píng)果樹(shù)抗腐爛病機(jī)制方面取得重要進(jìn)展

3月22日，我院真菌多樣性與真菌病害調(diào)控技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在《Plant Physiology》上在線發(fā)表了題為“Sufficient coumarin accumulation improves apple resistance to  Cytospora mali under high potassium status” 的研究論文，博士研究生杜友偉為論文第一作者，孫廣宇教授和張榮教授為論文通訊作者。

蘋(píng)果樹(shù)腐爛病是蘋(píng)果樹(shù)毀滅性病害，在我國(guó)腐爛病的發(fā)生每年給果農(nóng)造成數(shù)以十億計(jì)經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響我國(guó)蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。蘋(píng)果樹(shù)樹(shù)勢(shì)與腐爛病發(fā)生關(guān)系密切。因過(guò)量施用氮肥及鉀肥施用不足而造成樹(shù)體缺鉀、氮鉀比失衡引起蘋(píng)果樹(shù)勢(shì)衰弱，是我國(guó)腐爛病爆發(fā)的主要成因。減施氮肥、增施鉀肥、提高樹(shù)勢(shì)防治蘋(píng)果樹(shù)腐爛病技術(shù)在生產(chǎn)中已大面積推廣應(yīng)用，對(duì)控制腐爛病的發(fā)生與蔓延發(fā)揮了重要作用。然而，鉀營(yíng)養(yǎng)促進(jìn)蘋(píng)果樹(shù)抗性提高的機(jī)制尚不清楚。

該研究發(fā)現(xiàn)，蘋(píng)果枝條鉀含量達(dá)0.93%（高鉀）時(shí)，蘋(píng)果組織對(duì)腐爛菌 Cytospora mali 表現(xiàn)出高度抗病性。組織學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)高鉀促進(jìn)木質(zhì)素、胼胝質(zhì)積累，木化栓化帶更早、更多形成，形成物理屏障阻礙病菌擴(kuò)展。

圖1 蘋(píng)果枝條在充足鉀水平下木質(zhì)素、胼胝質(zhì)、木化栓化帶增加抑制腐爛病菌擴(kuò)展

轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組等多組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)WRKYs，RLK/RLPs和NLRs等基礎(chǔ)抗性相關(guān)基因，PR2、PR3和PR4等病程相關(guān)蛋白高鉀下表達(dá)水平提高；苯丙烷代謝途徑18種抗菌代謝物的積累增加，特別是香豆素含量在高鉀組織中的積累達(dá)到完全抑制腐爛病菌擴(kuò)展的程度，而在低鉀（0.45%）枝條中其含量?jī)H為高鉀的1/4。外源施用香豆素病疤擴(kuò)展受到明顯抑制。克隆蘋(píng)果香豆素合成限速基因 MdBGLU40  ， 在低鉀蘋(píng)果愈傷組織中穩(wěn)定過(guò)表達(dá)該基因 ， 香豆素積累增加，對(duì)腐爛病菌 C. mali 表現(xiàn)高抗；通過(guò)RNAi技術(shù)抑制其表達(dá)可有效減少高鉀組織中香豆素含量，導(dǎo)致抗性降低。此外，在高鉀蘋(píng)果組織中轉(zhuǎn)錄因子 MdMYB1r1 表達(dá)水平升高；酵母單雜交、凝膠遷移（EMSA）、ChIP-PCR等試驗(yàn)表明， MdMYB1r1能夠與 MdBGLU40 啟動(dòng)子結(jié)合，激活蘋(píng)果中香豆素的合成，且在高鉀下與 MdBGLU40 啟動(dòng)子區(qū)的親和力顯著增強(qiáng)。表明 MdMYB1r1 受鉀調(diào)控，為影響香豆素合成的重要轉(zhuǎn)錄因子。該研究揭示了高鉀提高蘋(píng)果抗性的物理、化學(xué)和分子機(jī)制，為合理使用鉀營(yíng)養(yǎng)控制蘋(píng)果樹(shù)腐爛病發(fā)生提供了理論依據(jù)。

圖2 香豆素充足積累為鉀營(yíng)養(yǎng)提高蘋(píng)果樹(shù)抗腐爛病關(guān)鍵物質(zhì)

圖3 鉀營(yíng)養(yǎng)促進(jìn)蘋(píng)果樹(shù)免疫模式圖

團(tuán)隊(duì)成員梁曉飛、朱明旗，博士研究生賈宏辰、Sadia Noorin，碩士研究生楊梓、王雙紅、劉媛媛等多位研究生參加了項(xiàng)目的研究工作；美國(guó)衣阿華州立大學(xué)Mark L. Gleason教授和加拿大圭爾夫大學(xué)Tom Hsiang教授等也參與了該項(xiàng)研究。研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2019YFD1002000）、國(guó)家蘋(píng)果現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS27）、陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈項(xiàng)目（2016KTZDNY03-04-02）資助。

原文鏈接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiad184/7081641

編輯：劉小鳳

審核：郭   軍