柑橘潰瘍病是柑橘的重要病害之一，其病原菌是黃單胞桿菌柑橘致病變種Xcc，其與柑橘感病基因CsLOB1發(fā)生作用從而推動病癥發(fā)展。然而，來源于“生長基因”家族的柑橘感病基因如何“變節(jié)”，給柑橘潰瘍病菌“開后門”，從而導致柑橘患病的分子機制有待解析。

　　近日，《植物雜志》在線發(fā)表了來自西南大學柑桔研究所的最新成果。他們揭示了柑橘感病基因通過調控柑橘細胞壁重構和激素信號通路促進寄主細胞增殖，以利于病原菌取食和生長的機制。

　　“生長基因”導致柑橘染病

　　柑橘感病基因來源于一個參與植物生長發(fā)育調控的基因家族。

　　論文通訊作者、西南大學柑桔研究所國家柑桔品種改良中心研究員陳善春告訴《中國科學報》，柑橘感病基因屬于植物側翼器官邊界(LBD)轉錄因子家族成員。LBD家族主要參與植物側生器官的發(fā)育，在植物生長發(fā)育中起關鍵作用。

　　然而，此前的研究已經發(fā)現(xiàn)，來源于生長基因家族的柑橘感病基因卻與柑橘潰瘍病病原菌Xcc的侵染有密切關系。

　　“Xcc病原菌侵染會引起寄主細胞病理性增生、膨大和壞死，這是柑橘潰瘍病在細胞水平上的典型癥狀�！标惿拼赫f。

　　陳善春介紹，Xcc通過分泌III型效應子調控柑橘潰瘍病癥狀的發(fā)展。其中，主要致病因子PthA4在上述癥狀發(fā)展中起著關鍵作用。而PthA4能夠識別柑橘感病基因CsLOB1的啟動子區(qū)域的EBS序列，激活其轉錄，從而促進侵染部位膿皰形成和潰瘍病癥狀的發(fā)展。

　　論文通訊作者、西南大學柑桔研究所國家柑桔品種改良中心副研究員鄒修平告訴《中國科學報》，柑橘感病基因的突變能增強柑橘潰瘍病抗性。比如，他們利用CRISPR/Cas9技術敲除柑橘感病基因啟動子上的PthA4結合位點，即EBS序列。這使得柑橘感病基因突變體的潰瘍病抗性顯著增強。

　　“作為LBD家族成員的柑橘感病基因在柑橘生長發(fā)育中的功能不甚清楚，其調控柑橘潰瘍病發(fā)育的分子機制也有待解析�！标惿拼赫f。

　　為病菌提供“食物”

　　晚錦橙容易感染柑橘潰瘍病。鄒修平介紹，他們用晚錦橙做了兩組實驗，一組超量表達柑橘感病基因，一組用RNAi干擾柑橘感病基因。

　　潰瘍病抗性評價顯示，超量表達柑橘感病基因顯著增強了轉基因植株潰瘍病的感病性；而RNAi干擾柑橘感病基因顯著增強了轉基因植株潰瘍病抗性。

　　經過長達4年的溫室表型觀察，他們發(fā)現(xiàn)，超量表達柑橘感病基因導致植株出現(xiàn)叢生芽和分枝增多的矮化表型。更重要的是，超量表達柑橘感病基因的植株重現(xiàn)了柑橘潰瘍病菌侵染引起寄主的膿皰形成和火山樣癥狀的發(fā)展進程。

　　鄒修平說，顯微解剖觀察發(fā)現(xiàn)，上述表型是由細胞過度增殖引起，特別是海綿組織細胞的過度增殖。

　　“柑橘葉片海綿組織是潰瘍病菌寄生和取食的主要部位。這暗示柑橘感病基因促進細胞增殖的機制有利于柑橘潰瘍病菌生長和取食寄主�！编u修平說，恰恰是因為源自LBD家族的柑橘感病基因具有促進細胞增殖的功能，從而為病菌提供了“食物”，促進了病菌的侵染。

　　得寸進尺致寄主細胞壞死

　　此外，他們還發(fā)現(xiàn)，柑橘感病基因參與潰瘍病發(fā)展后期，即寄主細胞的壞死進程。而寄主細胞壞死是病原菌突破寄主表面進入新一輪侵染的關鍵。

　　原來，柑橘感病基因通過正向調控細胞壁重構，特別是果膠的去多聚化和延展蛋白的積累、細胞分裂素代謝和油菜素內酯信號轉導等途徑促進細胞分裂和增殖。

　　除了柑橘感病基因以外，鄒修平說，他們還發(fā)現(xiàn)柑橘轉錄因子CsWRKY22促進柑橘易感潰瘍病的機制。這一成果近日在線發(fā)表于《園藝學研究》。

　　“柑橘轉錄因子CsWRKY22通過調控寄主細胞膨大，從而促進柑橘易感潰瘍病�！编u修平說，而且CsWRKY22能直接作用于柑橘感病基因啟動子上的W-box元件，激活其表達。

　　陳善春說，這些研究結果暗示，病原菌PthA4效應子與寄主的柑橘感病基因和CsWRKY22三者之間存在一種協(xié)同機制，調控寄主細胞增殖、膨大、壞死，以促進病原菌的侵染與擴散。

　　李晨