JIPB | 北京农学院王绍辉/赵文超团队揭示miR396a-SlGRF8-SlSTP10模块在根结线虫与番茄互作中的作用机制

学术 2024-11-02 09:14 湖北

在农业生产领域，根结线虫作为危害作物的主要病原生物之一，其破坏性不容忽视。它们侵入作物根部，刺激根形成肿瘤状结构-根结，导致作物减产甚至死亡。为抵御线虫侵袭，植物演化出了一系列复杂的防御体系，其中糖分竞争是重要的防御策略之一。一旦线虫侵入植物体内，便会大肆消耗植物糖分以支撑其生命活动与繁殖需求。为削弱线虫的这一攻势，植物会巧妙调整，减少根系中的糖分储备，以此遏制线虫的生长发育进程。尽管如此，植物和线虫相互竞争同化物的分子机制尚不清楚。

近日，JIPB在线发表了北京农学院王绍辉/赵文超团队完成的题为“The miR396a-SlGRF8 module regulates sugar accumulation in the roots via SlSTP10 during the interaction between root-knot nematodes and tomato plants”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13794)，该研究深入揭示了番茄与根结线虫相互作用中糖分竞争的分子机制，为探索植物-线虫互作机理奠定了坚实的理论基础。通过调控 miR396a-SlGRF8-SlSTP10 模块，可以有效调节番茄根系糖分分配，从而提高番茄对根结线虫的抗性，为线虫防治提供新的思路。

研究发现，在根结线虫感染后，番茄根系中miR396a的表达水平下调，而SlGRF8的表达呈上调趋势。SlGRF8是miR396a的直接靶基因，在miR396a的前体过表达 (MIR396a-OE) 株系和靶基因模拟物过表达株系 (STTM396a-OE) 中，SlGRF8的表达分别下调和上调。SlGRF8突变体株系 (grf8-cr) 以及MIR396a-OE株系对根结线虫的易感性增加，相反，SlGRF8过表达株系 (SlGRF8-OE) 以及STTM396a-OE株系对根结线虫的抗性提高 (图1)。通过DAP-seq、ChIP-qPCR、YIH和双荧光素酶报告基因实验等，证实了SlGRF8 可以直接结合SlSTP10基因的启动子区域，激活SlSTP10的表达。stp10-cr突变体植株根系可溶性糖含量增加，对根结线虫的易感性增加 (图2)。grf8-cr、MIR396a-OE株系根中可溶性糖含量也显著增加，而SlGRF8-OE、STTM396a-OE株系根中可溶性糖含量显著降低。说明miR396a正调控根系可溶性糖的积累，负调控番茄对南方根结线虫的抗性；而SlGRF8 和SlSTP10负调控根系可溶性糖的积累，正调控番茄对南方根结线虫的抗性。

图1. SlGFR8正调控番茄对南方根结线虫的抗性

图2. SlSTP10负调控糖分的积累，正调控番茄对南方根结线虫的抗性

最后，研究人员提出了一个潜在的调控模型，描述了番茄与根结线虫 (RKN) 相互作用过程中，由miR396a–SlGRF8–SlSTP10模块介导的糖分配机制 (图3)。根结线虫感染番茄根系后，会降低miR396a的表达，并在转录水平上上调SlGRF8和SlSTP10基因的表达，降低根系可溶性糖含量，进而抑制根结线虫的生长发育，提高番茄的抗根结线虫能力。本研究为理解植物与寄生线虫相互作用中的糖分竞争提供了理论基础。

图3. miR396a-SlGRF8-SlSTP10模块响应RKN侵染的分子机制

特别感谢中国农业大学张振贤教授，西北农林科技大学阮勇凌教授以及河南科技大学陈双臣教授的支持和帮助。

北京农学院孙路路副教授、硕士研究生朱梦婷 (已毕业)、博士研究生周小璇 (已毕业) 为论文共同第一作者，北京农学院赵文超教授和王绍辉教授为论文共同通讯作者，团队黄煌副教授、杨瑞高级实验师以及研究生谷瑞越、侯钰颖 (已毕业)、李彤彤 (已毕业) 也参与了该项工作。本研究依托北京农学院现代园艺学“全国高校黄大年式教师团队”，得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金、北京市教委研发计划、北京市农业产业体系创新项目、北京农学院“火花计划”等项目的资助。

文章引用：

Sun, L., Zhu, M., Zhou, X., Gu, R., Hou, Y., Li, T., Huang, H., Yang, R., Wang, S., and Zhao, W. (2024). The miR396a–SlGRF8 module regulates sugar accumulation in the roots via SlSTP10 during the interaction between root-knot nematodes and tomato plants. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13794

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