JIPB | 中国农业科学院郑州果树研究所王力荣团队揭示 “PdaWRKY-PdaCYP716A-桦木醇” 介导的桃抗蚜虫新机制

学术   2024-10-27 22:31   英国  

桃蚜是全球最具破坏性的韧皮部害虫之一,也是桃产业中的重大害虫,能传播数百种病毒,造成重大经济损失,威胁桃产业安全生产。目前生产中抗蚜品种严重匮乏,培育抗蚜品种是防治桃蚜最经济有效、绿色环保的途径之一。山桃 (Prunus davidiana) 是桃亚属中对桃蚜抗性最强的种质资源,在抗蚜育种中具有广阔的应用前景。

JIPB近日在线发表了中国农业科学院郑州果树研究所王力荣课题组题为Haplotype-resolved genome of a heterozygous wild peach reveals the PdaWRKY4-PdaCYP716A1module mediates resistance to aphids by regulating betulin biosynthesis” 的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13782),该研究揭示了PdaWRKY4通过促进PdaCYP716A1介导的抗蚜代谢物桦木醇的生物合成来增强山桃抗蚜的机制。
山桃作为桃的野生近缘种,具有抗蚜虫、抗白粉病、耐寒、耐盐碱等优异性状。由于山桃基因组高度杂合 (1.12%),本研究利用Pacbio测序技术获得的Hifi reads和染色质构象捕捉技术获得的HiC reads,构建了含有Pda_hap1和Pda_hap2两个单倍型的山桃高质量单倍型基因组 (图1)。通过RNA-seq发现在不同组织中存在等位基因差异表达,这些差异表达的等位基因富集在与抗性相关的通路上,可能与山桃多种优良抗性相关。

图1. ‘帚形山桃1’单倍型基因组特征

结合单倍型基因组和群体分析,在山桃3号染色体末端鉴定到抗蚜的主效基因PdaWRKY4 (图2)。在抗蚜单株PdaWRKY4的启动子上有9 bp的缺失。通过酵母单杂筛库,筛选到PdaRAP2.12和PdaGAF1两个候选蛋白与PdaWRKY4的S型 (没有9 bp缺失) 启动子结合。此外,微量热泳动 (MST) 和双荧光素酶 (Dual-LUC) 试验表明PdaRAP2.12和PdaGAF1能够结合并抑制S型启动子。因此,PdaWRKY4启动子上的9 bp缺失导致两个抑制子 (PdaRAP2.12和PdaGAF1) 的结合位点丢失,从而增强PdaWRKY4的表达。

图2. ‘帚形山桃1’抗蚜位点确定
通过DAP-seq发现,PdaWRKY4靶向桦木醇合成关键基因PdaCYP716A1。通过酵母单杂 (Y1H)、Dual-LUC和MST证实了PdaWRKY4PdaCYP716A1的调控作用。另外,通过构建拟南芥过表达株系、VIGS和瞬时过表达试验,揭示了PdaWRKY4通过促进PdaCYP716A1的表达,提高桦木醇的含量,从而增强山桃的抗蚜能力 (图3)。

图3. PdaWRKY4-PdaCYP716A1模块调控山桃抗蚜模式图
团队已毕业博士生王君秀 (现西南大学博士后)、郑州果树所李勇副研究员和王新卫副研究员为该论文的第一作者,王力荣研究员为通讯作者。该论文得到了国家重点研发项目 (2023YFE0105400)、中国农业科学院青年创新专项 (Y2022QC23)、中国农科院科技创新工程 (CAAS-ASTIP-2023-ZFRI-01)、作物种质资源保护项目 (2016NWB041) 和河南省优秀青年基金 (232300421042) 等的资助。

文章引用:

Wang, J. X., Li, Y., Wang, X. W., Cao, K., Chen, C. W., Wu, J. L., Fang, W. C., Zhu, G. R., Chen, X. J., Guo, D. D. et al. (2024). Haplotype-resolved genome of a heterozygous wild peach reveals the PdaWRKY4-PdaCYP716A1 module mediates resistance to aphids by regulating betulin biosynthesis. https://doi.org/10.1111/jipb.13782
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