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UV-B辐射通过调控LbCYP96A15基因表达增强枸杞白粉病抗性的分子机制
《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》:UV-B induced expression of wax synthesis gene LbCYP96A15 in leaves of goji plants (Lycium barbarum) to improve powdery mildew resistance
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年04月03日 来源:Chemical and Biological Technologies in Agriculture 5.2
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本期推荐:针对设施栽培中UV-B不足导致枸杞白粉病高发问题,甘肃农业大学团队通过UV-B梯度处理(FUV-B/HUV-B/NUV-B)结合转录组分析,发现LbCYP96A15基因在蜡质合成通路中的核心作用。该基因定位于内质网,过表达使烟草蜡质负载量提升60.04%,显著降低白粉病发病率,为抗病品种选育提供新靶点。
枸杞作为我国西北地区重要的药食同源经济作物,其设施栽培中因覆盖材料阻隔紫外线B(UV-B,280-320 nm)导致的表皮蜡质合成不足和白粉病(Arthrocladiella mougeotii)高发问题日益突出。传统化学防治带来的农药残留和环境污染迫使科研人员寻求遗传改良方案。甘肃农业大学的研究团队以"甘杞二号"为材料,通过创新设计UV-B梯度过滤装置(自然光FUV-B/聚乙烯膜HUV-B/玻璃NUV-B),揭示了UV-B通过调控蜡质合成关键基因LbCYP96A15增强抗病性的分子机制。
研究采用多组学技术联用策略:首先利用光谱仪验证UV-B辐射强度梯度(FUV-B 381.46 μW/cm2 vs NUV-B 2.90 μW/cm2),通过扫描电镜(SEM)观察蜡质晶体形态变化,结合氯仿提取法量化蜡质负载量;基于Illumina平台开展转录组测序,筛选出122个脂代谢相关差异基因(DEGs);采用qRT-PCR验证LbCYP96A15在FUV-B下表达量较NUV-B提升18.04倍;通过亚细胞定位证实该基因编码蛋白定位于内质网;最后构建LbCYP96A15过表达烟草株系进行功能验证。
UV-B调控蜡质合成与抗病性关系方面,研究显示:随着UV-B强度降低,枸杞叶片蜡质负载量从90.65 μg/cm2(FUV-B)降至49.99 μg/cm2(NUV-B),白粉病发病率从7.85%激增至72.92%,病情指数从14.21升至78.40。SEM图像清晰显示FUV-B处理下叶片表面蜡质颗粒致密均匀,而NUV-B处理仅残留零星蜡质。
转录组分析揭示26个蜡质合成通路关键基因,包括烷烃羟化酶基因LbCYP96A15、超长链醛脱羰基酶基因LbCER1和β-酮脂酰-CoA合成酶基因LbKCS1等。系统发育分析表明LbCYP96A15与茄科植物(番茄、辣椒)同源基因聚为3个亚族,其编码蛋白含有P450家族典型保守域(P415xR417x、K-螺旋和血红素结合域)。
功能验证实验取得突破性发现:LbCYP96A15过表达烟草在弱UV-B环境下仍维持高蜡质负载(76.17 μg/cm2),较野生型提高60.04%,酶活性达52.59 U/L。接种白粉病菌9天后,转基因株系发病率降低58.23%,证实该基因通过促进烷烃→仲醇→酮类的转化增强物理屏障功能。
讨论部分强调:该研究首次阐明UV-B-CYP96A15-蜡质合成-白粉病抗性的级联调控网络,突破性地发现LbCYP96A15在弱UV-B环境下的持续表达特性。相较于前人报道的LbMAH1和LbFAR6等基因,LbCYP96A15对蜡质合成的调控幅度更大,为设施栽培抗病育种提供更优靶点。研究同时指出未来需通过CRISPR/Cas9基因编辑和枸杞遗传转化体系进一步完善功能验证。
这项发表于《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》的成果,不仅为解析非生物胁迫与病害互作提供新范式,更开创性地提出通过调控光信号通路培育设施专用抗病品种的策略,对推动枸杞产业绿色发展具有重要实践意义。
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