中国农业科学院烟草研究所揭示植物内源代谢物柚皮素参与烟草抵御青枯菌侵染的调控机制

阿烟 • 2024年07月04日 07:35 • 香烟资讯

近日，中国农业科学院烟草研究所、福建省烟草科学研究所、山东临沂烟草有限公司等多家单位在Plant Physiology发表了题为“Naringenin restricts the colonization and growth of Ralstonia solanacearum in tobacco mutant KCB-1”的研究论文。

植物青枯病是由青枯雷尔氏菌（Ralstonia solanacearum，简称青枯菌）引起的土传性细菌病害，影响包括茄科作物烟草、番茄、辣椒等在内的多种植物的生长，造成巨大的经济损失。在高温高湿的环境下，青枯菌通过植物的根系进入木质部导管，随后转移到地上部并大量繁殖，造成木质部导管堵塞，导致植物叶片失水萎蔫，严重则使植物腐烂死亡。目前，青枯病的防治主要通过农药、微生物杀菌剂等，防效稳定性较差，还易造成环境污染。培育抗病品种是绿色、有效的方法。烟草作为一种重要的经济作物，其生长发育过程中也受到青枯病的广泛影响。目前，中国种植的烟草品种多易感或中感青枯病，且抗病育种工作缺乏高抗性的抗源。针对该瓶颈问题，中国农业科学研究院烟草研究所功能基因组创新团队通过甲基磺酸乙酯对感病品种“翠碧一号（CB-1）”进行化学诱变，筛选、鉴定到多个青枯病抗性突变体资源。而后通过多代回交获得了近等基因系“KCB-1”，其在生产中表现出抗—高抗青枯病的特性。

针对目前“KCB-1”抵御青枯菌侵染的抗性机制仍不清晰的问题，该研究首先通过组织切片分析了青枯菌在抗青枯病烟草“KCB-1”和易感青枯病烟草“CB-1”的定殖差异，结果表明“KCB-1”的根具有限制青枯菌吸附和定殖的能力。通过转录组和代谢组联合分析，鉴定到次级代谢产物柚皮素在抗病烟草“KCB-1”的根系中显著上调。随后借助体外抑菌实验、扫描电镜、透射电镜、高效液相色谱和转录组及16S测序等多种技术手段揭示了柚皮素抑制青枯菌侵染与繁殖的调控机制。进一步，利用生物技术手段对调控柚皮素生物合成的关键基因NtCHI进行了敲除和过表达分析，研究并证明内源柚皮素含量降低或提高可以显著改变烟草对青枯病的抗性。此外，研究还对多个抗、易感烟草品种资源在接种青枯菌前后根部柚皮素含量进行了测定，结果表明烟草根部柚皮素含量与烟草对青枯病的抗性水平显著正相关。

该研究揭示了植物内源代谢产物柚皮素具有限制青枯菌定殖和生长的能力，是“KCB-1”青枯病抗性产生的重要原因之一。为解析烟草青枯病抗性突变体的抗病机制和植物青枯病防控提供了重要参考。

该研究由中国农业科学院烟草研究所、福建省烟草科学研究所、山东临沂烟草有限公司等单位联合完成。中国农业科学院烟草研究所博士研究生石好琪为论文第一作者、硕士研究生蒋家乐为共同第一作者，孙玉合研究员及王卫峰和丁安明副研究员为共同通讯作者。福建省烟草科学研究所余文、程崖芝、巫升鑫、山东临沂烟草有限公司宗浩及中国农业科学院烟草研究所的王晓强副研究员参与了该项研究。这项工作得到了中国农业科学院科技创新工程（ASTIP-TRI02）和中国烟草总公司基因组计划重大专项（110202201011（JY-11））等项目资助。

中国农业科学院烟草研究所揭示植物内源代谢物柚皮素参与烟草抵御青枯菌侵染的调控机制