福建农林大学何水林课题组揭示茄科植物在高温高湿下启动细胞分裂素介导的抗青枯病防御反应
来源：植物 与环境PCE
病害是影响作物生长发育最重要的生物逆境之一，因其危及到粮食安全而受到高度重视。水杨酸（SA）和茉莉酸（JA）介导的信号通路广泛参与了植物应答病原菌侵染的防御反应，在植物抗病中起关键调节作用，细胞分裂素（CK）等虽参与植物免疫反应的调节，但目前的结论尚不一致，CK在植物抗病中起正或负调节作用均有报道。在热带和亚热带地区，高温高湿是植物频繁遭遇的自然环境。高温高湿下对病原菌侵染的敏感性构成了多数喜温作物抗病的瓶颈，且大多数研究多集中于高温对植物免疫的阻止作用。
近日，福建农林大学何水林教授团队在 Plant, Cell & Environment发表了题为“ Solanaceous Plants Switch to Cytokinin-Mediated Immunity against Ralstonia solanacearum under High Temperature and High Humidity” 的研究论文， 揭示辣椒等茄科植物在常温下通过启动SA和JA通路介导的免疫反应以应答青枯菌的侵染；在高温高湿条件下，SA信号通路仅在侵染早期有短暂的上调，JA介导的信号通路则被关闭，细胞分裂素介导的信号通路促进高温高湿下特异的GST表达以提高植物的抗病能力。
通过RNA-seq和内源激素检测发现高温高湿下青枯菌接种后Mgst3和PRP1等编码GST蛋白的基因和CK合成的关键酶基因IPT5显著上调，ICS1和LOX1等合成SA和JA的关键酶基因下调，与之相应的是JA含量降低和SA含量提早降低；相反，玉米素等CKs含量则显著上调。进一步通过反向遗传学发现IPT5、Mgst3和PRP1在高温高湿下的辣椒和本生烟草抗青枯病中起正调节作用，且IPT5的表达上调可导致Mgst3和PRP1等的表达上调。说明细胞分裂素信号通过调节GST编码基因的表达起作用。CK通路介导的免疫反应仅存在于病原菌侵染应答中，通过增加H3K9me2而降低H3K4me3在Mgst3和PRP1等抗病相关基因的启动子区域沉积，从而调节染色质重塑。研究还发现外源施加SA、MeJA和玉米素，仅玉米素可提高辣椒、番茄和烟草在高温高湿下抗青枯病能力，进一步证实了高温高湿条件下细胞分裂素对茄科植物抗青枯病的作用。
该研究第一次将CK信号通路与高温高湿下茄科植物抗病联系起来，为进一步研究植物抗病机制提供了全新的视角；青枯病等土传病原菌寄主十分广泛，它们蛰伏在土壤中只要遇到高温高湿的环境即可危害植物，且一旦发病防治十分困难。这可能与基于传统常温下抗病机制的防治策略不当有关。该研究发现茄科植物通过调节CK信号通路可有效提高高温高湿下的抗病能力，为此类病害的防治开辟了新的途径。
论文的第一作者是杨晟博士，通讯作者是何水林教授，该研究获得国家自然科学基金（31572136, 31372061）以及福建农林大学优秀博士毕业论文基金（324-1122yb047）项目资助。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pce.14222
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