近日，Plant Journal在線發(fā)表了福建農(nóng)林大學國家甘蔗工程技術(shù)研究中心王恒波副研究員聯(lián)合中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院甘蔗研究中心闕友雄研究員團隊題為“The interplay between ScSWEET11 promoters and Paracidovorax avenae effectors regulate resistance in sugarcane”的學術(shù)論文。該研究闡述了病菌效應(yīng)因子，通過調(diào)控寄主甘蔗糖外排轉(zhuǎn)運蛋白ScSWEET11基因啟動子活性，介導蔗糖分轉(zhuǎn)運，影響甘蔗抗病性的分子機制。
甘蔗是一種高光效的C4植物，因莖稈富含大量糖類物質(zhì)而著名，成為全球最重要的糖料和生物能源作物。由Paracidovorax avenae (Pa )引起的赤條病是一種嚴重危害甘蔗葉片的細菌性病害。前期研究顯示，糖外排轉(zhuǎn)運蛋白（Sugars Will Eventually be Exported Transporter, SWEETs）家族基因參與響應(yīng)甘蔗與Pa的互作，但機制尚不清晰。本研究中，過表達ScSWEET11植株，接種Pa后的病斑面積顯著增大，異源表達ScSWEET11的酵母糖轉(zhuǎn)運突變體，恢復了蔗糖轉(zhuǎn)運活性。進一步，克隆了甘蔗栽培品種中該基因的啟動子序列，其中pScSWEET11_I來自甘蔗屬割手密種，而pScSWEET11_II來自甘蔗屬熱帶種，且感病品種為雜合類型，相反地，抗病品種僅有pScSWEET11_II。在脫落酸與Pa脅迫下，pScSWEET11_I的活性都顯著強于pScSWEET11_II。同時，赤條病菌的5個效應(yīng)因子（PaAvrRxo1, PaXopQ, PaXopF2, PaXopAU,和PaXopAC）的過表達，均能誘導植株產(chǎn)生明顯病斑。酵母單雜交、雙熒光素酶活性測定和過表達顯示，PaXopQ、PaXopAU、PaXopF2調(diào)控pScSWEET11_I活性，誘導ScSWEET11表達，加速蔗糖外排，導致植株感病；而PaAvrRxo1、PaXopAU影響pScSWEET11_II活性，抑制ScSWEET11表達，減弱蔗糖外排，引發(fā)植株抗病（圖1）。
圖1 病菌效應(yīng)因子靶向甘蔗ScSWEET11啟動子
綜上所述，甘蔗ScSWEET11屬于SWEET基因家族III分支成員，它編碼一種蔗糖外排轉(zhuǎn)運蛋白，而赤條病菌通過分泌效應(yīng)因子PaXopQ、PaXopF2和PaXopAU，影響pScSWEET11_I活性，導致ScSWEET11的上調(diào)表達，促進蔗糖外排胞間，加快Pa的生長與繁殖，導致植株感病表型。相反地，PaAvrRxo1和PaXopAU調(diào)控pScSWEET11_II活性，抑制ScSWEET11的表達，降低蔗糖的外排，不利于病原菌的生長和繁殖，增強宿主對Pa的抗性（圖2）。以上研究解析了甘蔗與赤條病菌互作的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為甘蔗抗病分子育種提供研究基礎(chǔ)。
圖2 Pa效應(yīng)蛋白調(diào)控ScSWEET11啟動子在蔗糖轉(zhuǎn)運和甘蔗抗病方面發(fā)揮作用
福建農(nóng)林大學農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甘蔗生物學與遺傳育種重點實驗室/農(nóng)學院2022屆碩士研究生劉俊鴻為第一作者，園藝學院伍炳華教授和中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所（安陽）章志強博士參與了該論文的部分研究工作。福建農(nóng)林大學國家甘蔗工程技術(shù)研究中心羅俊副研究員、中國熱科院熱帶作物生物育種全國重點實驗室/生物所/甘蔗研究中心闕友雄研究員、福建農(nóng)林大學國家甘蔗工程技術(shù)研究中心王恒波副研究員為該論文的共同通訊作者。以上工作得到國家自然科學基金（32272156）和中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院國家熱帶農(nóng)業(yè)科學中心科技創(chuàng)新團隊（CATASCXTD202402），福建省自然科學基金（2022J01160）、熱帶作物生物育種全國重點實驗室開放課題（NKLTCBCXTD24和NKLTCB-RC202401）以及國家糖料產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-17）的支持。
原文鏈接：https://doi:10.1111/tpj.70255
作者簡介：
王恒波，副研究員，碩士生導師，福建省高層次人才(C類)。農(nóng)業(yè)部福建甘蔗生物學與遺傳育種重點實驗室副主任，國家甘蔗工程技術(shù)研究中心專職科研人員，民盟福建農(nóng)林大學委員會組織委員。主要圍繞甘蔗抗病分子育種及群體遺傳學開展研究，在《The Crop Journal》、《Theoretical and Applied Genetics》、《Crop Protection》、《中國農(nóng)業(yè)科學》和《作物學報》等期刊發(fā)表文章16篇，授權(quán)國家發(fā)明專利11項，并參與制定農(nóng)業(yè)行業(yè)標準和國家標準5項。主持國家自然科學基金面上項目1項，國家標準制定2項，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部轉(zhuǎn)基因成分抽檢2項，福建省自然科學基金面上項目1項。
王恒波（通訊作者，左二）
劉俊鴻，農(nóng)學院2022級碩士研究生，主要研究方向為甘蔗與病原菌互作的分子機制，在Thecrop journal、中國農(nóng)業(yè)科學等期刊上以第一或參與發(fā)表SCI論文3篇。
劉俊鴻（第一作者）