李天忠教授课题组在苹果斑点落叶病抗性机制研究方面取得新进展

       本网讯 苹果斑点落叶病（Apple Alternaria Blotch）是一种危害广泛的真菌病害，在我国各苹果产区均有发生，以渤海湾和黄河故道地区最为严重。苹果斑点落叶病由链格孢苹果专化型（Alternaria alternaria f.sp mali）侵染，主要危害苹果叶片，新梢和果实，影响树势，降低果实品质和产量。通过多年的调查研究，发现不同苹果资源对苹果斑点落叶病的抗性存在差异，但相关报道较少，其分子机制尚不明确。近日，中国农业大学园艺学院李天忠教授领衔团队在国际顶级植物期刊The Plant Cell 在线发表了题为“A single nucleotide polymorphism in the promoter of a hairpin RNA contributes to Alternaria leaf spot resistance in apple (Malus × domestica Borkh.)” 的创新性研究论文(https://doi.org/10.1105/tpc.18.00042)。

该研究通过small RNA测序获得一个hairpin RNA (hpRNA), MdhpRNA277, 在感病品种中接种苹果斑点落叶病 (ALT1) 诱导其富集small RNA，mdm-siR277-1和 mdm-siR277-2，并共同靶向5个CCR-NB-LRR抗病基因(MdRNL1/2/3/4/5)。在感病品种接种ALT1后发现，MdhpRNA277与small RNAs显著上调，MdRNL1/2/3/4/5表达较低；沉默mdm-siR277-1和 mdm-siR277-2或过表达MdRNL1/2/3/4/5可提高其抗病性。相反，在抗病品种接种ALT1后，MdhpRNA277与small RNAs表达水平较低，MdRNL1/2/3/4/5则显著上调；过表达mdm-siR277-1和 mdm-siR277-2或沉默MdRNL1/2/3/4/5可降低其抗病性。

为研究抗感病苹果品种中small RNAs表达差异的原因，作者克隆并比较了抗病和感病MdhpRNA277的启动子，发现一个SNP差异位点，-1186bp的motif b (G-T)，当突变感病品种的motif b时，MdhpRNA277启动子活性丧失，在3个苹果杂交群体中验证motif b (G-T) 的保守性，发现这一位点与苹果抗性紧密相关。进一步结合EMSA及LC-MS等方法发现苹果斑点落叶病抗病品种是由于MdWHy转录因子不能与MdhpRNA277启动子motif b处结合导致MdhpRNA277不能正常转录，mdm-siR277-1和 mdm-siR277-2不被诱导，MdRNL1/2/3/4/5表达量高，抗苹果斑点落叶病。同时在转基因苹果过表达pMdhpRNA277-GD: MdhpRNA277株系中，接种ALT1后mdm-siR277-1和 mdm-siR277-2富集，降低其抗病性。该研究不仅解释了苹果抗病机制，并且发现一个与苹果抗病性紧密相关的SNP位点可作为一个分子标记，为苹果抗病育种提供了方向。

张秋雷博士为论文第一作者，李天忠教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金资助。