腐皮鐮刀菌是蘋果重茬連作障礙（ADR）的主要致病菌，嚴重損害蘋果根系，抑制蘋果植株正常生長。然而，蘋果抵御腐皮鐮刀菌的分子機制尚不清楚。因此，本研究對蘋果和腐皮鐮刀菌之間的相互作用機制進行了探究。

2023年1月31日，西北農(nóng)林科技大學園藝學院蘋果重點實驗室的最新研究成果，發(fā)表在Plant Physiology期刊上(影響因子8.005)，文章題目為“MdERF114 enhances the resistance of apple roots to Fusarium solani by regulating the transcription of MdPRX63”。該研究使用DNA親和純化測序(DAP-seq)技術(shù)鑒定了蘋果MdERF114的結(jié)合基序和靶基因。進一步研究揭示了MdERF114正向調(diào)控蘋果根系抵御腐皮鐮刀菌侵染的分子機制，為培育抗ADR的砧木提供了寶貴的基因資源。

通過DAP-seq技術(shù)鑒定了MdERF114結(jié)合的順式作用元件GCC-box (GCCGCC)，并篩選到一個與木質(zhì)素合成相關的靶基因MdPRX63。隨后，酵母單雜交(Y1H)、電泳遷移率實驗(EMSA)、雙熒光素酶實驗和β-葡萄糖醛酸酶(GUS)染色實驗進一步驗證了MdERF114可以直接與MdPRX63啟動子區(qū)域的GCC-box結(jié)合。

圖1. MdERF114直接與MdPRX63啟動子結(jié)合

A. DAP-seq鑒定了MdERF114的結(jié)合元件GCC-box。B. MdPRX63啟動子序列分析顯示了GCC-box結(jié)合元件的存在。C. Y1H實驗表明MdERF114可以與MdPRX63啟動子結(jié)合。D. EMSA實驗表明MdERF114與MdPRX63啟動子中的GCC-box結(jié)合。E. 在本氏煙草中共表達MdERF114和proMdPRX63影響LUC/REN的相對活性。F. GUS染色結(jié)果表明MdERF114可以激活proMdPRX63的表達。

MdERF114通過與MdPRX63啟動子結(jié)合調(diào)控其轉(zhuǎn)錄，促進蘋果根系中木質(zhì)素的沉積，從而提高對腐皮鐮刀菌的抗性。MdWRKY75同樣受腐皮鐮刀菌誘導表達上調(diào)，MdWRKY75與MdERF114啟動子區(qū)域的W-box元件結(jié)合調(diào)控MdERF114的表達，從而獲得對腐皮鐮刀菌的抗性。此外，MdMYB8通過與MdERF114相互作用，促進MdERF114與MdPRX63啟動子的結(jié)合，參與MdERF114介導的對腐皮鐮刀菌的防御網(wǎng)絡。

圖2. MdWRKY75-MdERF114-MdMYB8-MdPRX63模塊在蘋果抵御腐皮鐮刀菌侵染中的作用

腐皮鐮刀菌誘導了MdWRKY75的表達，MdWRKY75可直接與MdERF114啟動子中的W-box基序結(jié)合。MdERF114直接與MdPRX63啟動子的GCC-box基序結(jié)合，并激活其表達，導致木質(zhì)素沉積。MdMYB8的表達也由腐皮鐮刀菌誘導。MdMYB8和MdERF114之間的相互作用增強了MdERF114與MdPRX63啟動子的結(jié)合。木質(zhì)素的沉積增強了蘋果根系對腐皮鐮刀菌的抗性。

小結(jié)：該研究為蘋果根系抵御腐皮鐮刀菌侵染的調(diào)控機制提供了新的見解。同時，也為利用農(nóng)桿菌介導的根系轉(zhuǎn)基因技術(shù)，培育抗性砧木和防治蘋果重茬連作障礙提供了新的策略。