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DAP-seq技术在ERF114调控苹果根系抵御腐皮镰刀菌研究中的应用

更新时间:2023-02-16   点击次数:724次

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。

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MdERF114在苹果根系中受腐皮镰刀菌诱导表达水平升高,MdERF114定位于细胞核中。过表达MdERF114提高了苹果根系对腐皮镰刀菌的耐受性;而干扰MdERF114的表达,根系对腐皮镰刀菌敏感。

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MdERF114proMdPRX63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,MdWRKY75MdERF114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。

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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。

蓝景科信提供了DAP-seq技术支持。