四川省农业科学院团队在草莓白粉病抗性机制研究中取得重要突破
- 2026-08-27 05:32:49
草莓白粉病是草莓栽培中的主要真菌病害，危害植株叶片、花器及果实等组织器官，严重影响产量与品质，制约草莓产业绿色可持续发展。近日，四川省农业科学院园艺研究所李洪雯研究员团队在植物学领域顶级期刊New Phytologist发表了题为“FaNAC29: a Novel gene positively regulating strawberry powdery mildew resistance”的研究成果。该研究首次揭示转录因子FaNAC29通过正向调控几丁质酶基因表达，增强草莓白粉病抗性的分子机制，为草莓抗病分子育种提供了重要的基因资源和理论支撑。
该研究以高抗草莓‘泰丽’与高感草莓‘红颜’为亲本构建遗传分离群体，通过复合杂交策略，首获F1代群体后，以高抗草莓‘泰丽’为轮回亲本进行改良回交，最终完成BC1F1群体构建（n=191）。通过整合多组学策略，包括基于QTL-seq的SNP基因分型（覆盖度30×）、差异表达基因共定位分析（FDR<0.05），以及病程相关代谢物的UHPLC-QTOF检测（鉴定到17种酚酸类抗病物质），成功鉴定出1个控制‘泰丽’抗草莓白粉病性状的关键候选基因，定名为FaNAC29。然而，该基因功能还未被明确，其抗病机制仍不清楚。
Fig. 2 Identification of key genes regulating strawberry resistance to powdery mildew (PM)
为阐明FaNAC29的抗病功能，该研究在番茄中进行了异源过表达。结果显示，在正常条件下转基因株系（OE#2、OE#4）与野生型（WT）表型无差异；但在接种白粉病菌后，过表达株系病害症状显著减轻，且OE#4抗性优于OE#2，其FaNAC29的表达水平及几丁质酶活性均显著高于WT。随后，在草莓‘Benihoppe’中开展的VIGS沉默实验表明，接种后pTRV2-FaNAC29植株表现出严重的白粉病症状，且几丁质酶活性和FaNAC29的表达量均显著低于对照。上述结果一致证明，FaNAC29通过正调控几丁质酶的表达，增强草莓对白粉病的抗性。
Fig. 4 Functional validation of the key gene FaNAC29.
为了更好地理解FaNAC29介导的草莓叶片抗白粉病的转录调控，该研究运用DAP-seq来找寻FaNAC29结合位点，结果表明，在两个生物重复中检测到总共23 754个富集峰，其中17.32%位于启动子区（TSS 上游2 kb），且结合峰显著富集于 TSS 附近，符合转录因子的结合特性。Motif 分析揭示了3个核心基序，以 CACCAACC为最显著。GO 分析显示靶基因显著富集于“几丁质酶活性”通路。值得注意的是，DAP-seq 数据提示编码几丁质酶的FaPR4可能是FaNAC29的直接靶标。随后的EMSA和酵母单杂交（YIH）实验进一步证实，FaNAC29能够特异性结合FaPR4的启动子并激活其表达，从而阐明了FaNAC29调控几丁质酶合成的分子链条。
Fig. 5 Identification and validation of downstream target genes of FaNAC29.
为筛选FaNAC29的互作蛋白，该研究进行了酵母双杂交（Y2H）文库筛选。在含10mM 3AT 的 SD/-Trp/-Leu/-His/-Ade（SD-4）缺陷型培养基上，共获得293个初始阳性克隆。随机挑取其中105个克隆进行猎物质粒测序，经 BLAST 比对及多重报告基因检测验证，最终锁定FaZHD11（锌指同源结构域蛋白11）为FaNAC29的候选互作蛋白。KEGG 富集分析提示该蛋白可能参与转录调控过程。随后，一对一的Y2H验证实验证实，FaNAC29与FaZHD11在酵母细胞中能够发生特异性相互作用。为进一步验证二者的互作及亚细胞定位，我们进行了双分子荧光互补（BiFC）实验。结果显示，FaNAC29与FaZHD11共定位于细胞核。
Fig. 6 Protein–protein interaction validation.
总结：
该研究筛选出核心抗病种质资源‘泰丽’，通过正向遗传学成功定位了1个控制‘泰丽’抗草莓白粉病性状的关键候选基因FaNAC29，并通过分子生物学、遗传学等手段系统阐明了FaNAC29通过调控几丁质酶活性增强草莓抗白粉病的分子机制。该研究不仅为草莓抗病育种提供了优异的基因资源和种质材料，也为抗白粉病新品种的定向改良奠定了理论基础。
四川省农业科学院园艺研究所何如钰博士、陈丽娟助理研究员为该论文的共同第一作者，李洪雯研究员为通讯作者。同时，四川省农业科学院园艺研究所王东副研究员、肖巧博士、邓海燕、王红梅等共同参与了该项研究。研究工作得到了国家青年科学基金项目（C类）[原青年科学基金项目]、四川省农业科学院高层次人才引进与培养专项基金及四川省科技厅“十四五”果树育种攻关项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1111/nph.71517
