南京农业大学棉花团队报道GbCYP86A1-1参与黄萎病抗性的分子机制

来源：植物生物技术

黄萎病菌（Verticillium dahliae）是一种土壤传播的真菌病原体，存活周期长，寄主范围广，可以侵染包括棉花、番茄、黄瓜、辣椒、茄子和马铃薯等200余种双子叶植物，严重影响作物生产。发掘抗病关键基因，不仅可以揭示抗黄萎病作用机理，而且为培育抗病品种提供候选基因。

近日，Plant Biotechnology Journal 在线发表了南京农业大学棉花团队题为“GbCYP86A1-1 from Gossypium barbadense positively regulates defence against Verticillium dahliae by cell wall modification and activation of immune pathways”的研究工作。该研究利用分子生物学，生物化学和细胞学等技术手段揭示了棉花中木栓质合成关键基因GbCYP86A1-1在抗病过程中的分子机制。

CYP86是细胞色素P450（CYP）超基因家族中的一个亚家族，主要参与脂肪酰基-CoA ω-位点的羟基化，形成ω-羟基脂肪酸和α，ω-双羧基脂肪酸，并进一步参与保护性生物聚酯的合成，如木栓质和角质。在本研究中，作者基于不同棉种的全基因组数据对棉花CYP86亚家族进行了系统分析，发现CYP86A1有三个同源基因，均在根中特异表达。在陆地棉和海岛棉品种中，该基因均受黄萎病菌显著诱导，且在抗病品种海岛棉中具有更高的基础表达及诱导表达水平。分别克隆海岛棉中的三个GbCYP86A1s，利用病毒诱导的基因沉默（VIGS），异源过量表达技术，结合生化分析，遗传研究以及转录组分析证明了GbCYP86A1-1在抗黄萎病过程中发挥重要作用。GbCYP86A1-1定位在内质网（ER），参与木栓质单体的生物合成。异源过量表达GbCYP86A1-1的转基因材料，显著增加根部木栓质的积累以及C16-C18脂肪酸含量。转录组测序进一步发现参与木栓质合成的脂质转运蛋白（LTPs，ABCs）以及次级代谢相关基因显著上调表达。转基因材料根部的栓质化程度显著加强，这种结构的变化增加了植株对黄萎病菌的抗性。

进一步分析发现，编码果胶裂解酶，受体类蛋白激酶（RLKs），受体类蛋白（RLPs），抗病相关转录因子（ERFs，WRKYs）以及病程相关蛋白（PRs）等基因在GbCYP86A1-1转基因植株中有更高表达水平。说明过量表达GbCYP86A1-1参与抗病免疫通路，而水解果胶释放的小分子寡糖可能作为信号分子激活免疫。此外，转基因植株与WT的接

菌前后转录组比较分析发现，转基因植株中差异表达基因数量少，也未富集到抗病相关进程，表明转基因植株具有更好的基础抗性。

总之，本研究结果揭示了GbCYP86A1-1在参与木栓质合成、激活免疫相关通路，进而提高黄萎病抗性的分子机制，为作物抗黄萎病育种提供了新思路。

该研究得到国家重点研发计划，江苏省青蓝工程科技创新团队，中央高校基本科研业务费和江苏现代作物生产协同创新中心资助。

图1. GbCYP86A1-1参与木栓质合成、激活免疫相关通路，进而提高黄萎病抗性的分子机制

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13190