腐皮镰刀菌是苹果重茬连作障碍（ADR）的主要致病菌，严重损害苹果根系，抑制苹果植株正常生长。然而，苹果抵御腐皮镰刀菌的分子机制尚不清楚。因此，本研究对苹果和腐皮镰刀菌之间的相互作用机制进行了探究。
2023年1月31日，西北农林科技大学园艺学院苹果重点实验室的最新研究成果，发表在Plant Physiology期刊上(影响因子8.005)，文章题目为“MdERF114 enhances the resistance of apple roots to Fusarium solani by regulating the transcription of MdPRX63"。该研究使用DNA亲和纯化测序(DAP-seq)技术鉴定了苹果MdERF114的结合基序和靶基因。进一步研究揭示了MdERF114正向调控苹果根系抵御腐皮镰刀菌侵染的分子机制，为培育抗ADR的砧木提供了宝贵的基因资源。
通过DAP-seq技术鉴定了MdERF114结合的顺式作用元件GCC-box (GCCGCC)，并筛选到一个与木质素合成相关的靶基因MdPRX63。随后，酵母单杂交(Y1H)、电泳迁移率实验(EMSA)、双荧光素酶实验和β-葡萄糖醛酸酶(GUS)染色实验进一步验证了MdERF114可以直接与MdPRX63启动子区域的GCC-box结合。
图1. MdERF114直接与MdPRX63启动子结合
A. DAP-seq鉴定了MdERF114的结合元件GCC-box。B. MdPRX63启动子序列分析显示了GCC-box结合元件的存在。C. Y1H实验表明MdERF114可以与MdPRX63启动子结合。D. EMSA实验表明MdERF114与MdPRX63启动子中的GCC-box结合。E. 在本氏烟草中共表达MdERF114和proMdPRX63影响LUC/REN的相对活性。F. GUS染色结果表明MdERF114可以激活proMdPRX63的表达。
MdERF114通过与MdPRX63启动子结合调控其转录，促进苹果根系中木质素的沉积，从而提高对腐皮镰刀菌的抗性。MdWRKY75同样受腐皮镰刀菌诱导表达上调，MdWRKY75与MdERF114启动子区域的W-box元件结合调控MdERF114的表达，从而获得对腐皮镰刀菌的抗性。此外，MdMYB8通过与MdERF114相互作用，促进MdERF114与MdPRX63启动子的结合，参与MdERF114介导的对腐皮镰刀菌的防御网络。
图2. MdWRKY75-MdERF114-MdMYB8-MdPRX63模块在苹果抵御腐皮镰刀菌侵染中的作用
腐皮镰刀菌诱导了MdWRKY75的表达，MdWRKY75可直接与MdERF114启动子中的W-box基序结合。MdERF114直接与MdPRX63启动子的GCC-box基序结合，并激活其表达，导致木质素沉积。MdMYB8的表达也由腐皮镰刀菌诱导。MdMYB8和MdERF114之间的相互作用增强了MdERF114与MdPRX63启动子的结合。木质素的沉积增强了苹果根系对腐皮镰刀菌的抗性。
小结：该研究为苹果根系抵御腐皮镰刀菌侵染的调控机制提供了新的见解。同时，也为利用农杆菌介导的根系转基因技术，培育抗性砧木和防治苹果重茬连作障碍提供了新的策略。
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