西北农林科技大学王跃进教授团队揭示转录因子基因VqMYB154调控芪合酶基因抗病的新机制

葡萄是跨越世界南北最重要的栽培果树之一，具有酿酒、鲜食、制汁及制干等多种用途。据联合国FAO组织在2019年的统计数据，全球葡萄栽培面积达到693.6万公顷，总产量约为7713.7万吨，我国葡萄种植面积约为74.6万公顷，产量1437.2万吨，我国的鲜食葡萄面积与产量居世界首位。世界葡萄生产栽培中大多是高产优质的欧亚种葡萄品种，其突出缺点是相对美洲葡萄，表现了抗病性弱缺点。前期研究证明，葡萄中的白藜芦醇不仅具有植保素的抗病作用，而且果实及其制品对人体健康起到有益的积极作用。

近日，Horticulture Research在线发表了西北农林科技大学王跃进教授团队题为VqMYB154 promotes polygene expression and enhances resistance to pathogensin Chinese wild grapevine的研究论文。

本项目是在上世纪八十年代从秦巴山区收集中国野生葡萄种质资源与抗病性评价基础上，经过多年研究证明了中国野生葡萄中的毛葡萄‘丹凤-2’不仅果实中的白藜芦醇含量高，而且植株表现抗病性强的特征。因此，我们围绕葡萄抗病性问题，以芪合酶基因及其产物白藜芦醇为切入点，研究调控芪合酶基因的转录因子基因是如何调控基因表达、产物积累与增强抗病性，目的是为改良欧洲葡萄品种抗病性并增加果实中白藜芦醇含量提供依据。本研究在转录组测序与前期研究基础上，从R2R3-MYB转录因子MYB家族106个转录因子基因中，通过人工接种葡萄白粉菌诱导表达分析，筛选出中国野生毛葡萄‘丹凤-2’中转录因子VqMYB154基因，研究其调控芪合酶基因表达与产物积累后增强抗病性的作用，为利用中国野生葡萄种质资源改良欧洲葡萄品种抗病性和提高白藜芦醇含量提供科学依据。

本研究以白藜芦醇含量高，抗病强的中国野生毛葡萄‘丹凤-2’为材料，在人工接种白粉病菌诱导下，R2R3-MYB转录因子MYB家族的106个转录因子基因呈现出差异性表达，其中转录因子基因VqMYB154具有高度响应白粉菌诱导而上调表达的特征，因此克隆分离该基因；利用GUS活性检测出病原菌诱导条件下，VqMYB154基因的启动子的活性增强；进一步利用酵母单杂交等技术发现转录因子VqMYB154基因正向调控毛葡萄中的3个芪合成酶基因VqSTS9、VqSTS32、VqSTS42的表达。利用高效液相色谱分析发现VqMYB154的过量表达能够促进葡萄中的芪类物质含量的累积。此外，过量表达转录因子VqMYB154基因能够增强转基因拟南芥植株对丁香假单胞杆菌Pst DC3000的抗性。

Fig. 5 Expression of three VqSTS genes andthe biosynthesis of stilbene phytoalexin regulated by VqMYB154.

在葡萄体内VqMYB154及其启动子响应葡萄白粉菌侵染诱导，病原菌的入侵诱导了转录因子VqMYB154基因的上调表达，激活了下游靶基因3个芪合成酶基因的启动子，调控3个芪合酶基因上调表达，增加了芪类植保素的积累量。此外，VqMYB154的表达促进芪类植保素合成途径上游PAL基因的表达，从苯丙氨酸途径上下贯通地激活芪合酶基因，大量累积的白藜芦醇提高了植物的抗病性。

Fig. 8 Proposedmodel of how VqMYB154 regulates stilbene phytoalexin biosynthesis anddisease resistance.

该研究揭示了转录因子基因VqMYB154调控下游3个芪合酶靶基因的上调表达，影响与增强苯丙氨酸途径上游苯丙氨酸解氨酶PAL基因的表达，增加芪类物质的积累量，激活水杨酸（SA）途径，激发SA途径中抗病相关基因尤其是PR5基因的表达与刺激活性氧的积累，从而提高植物抗病性的调控机理；因此证明了中国野生毛葡萄‘丹凤-2’白藜芦醇含量高与抗病性强的代谢机理，为利用中国野生葡萄种质进行葡萄抗病育种提供了有价值的依据。

来源：植物科学最前沿