近日,山东农业大学农学院李传友教授带领的“泰山学者优势特色学科人才团队”在植物免疫机理研究中取得重大进展,以番茄为模式解析了植物防御病虫害的转录重编程。7月22日,国际植物学领域顶级学术期刊《植物细胞》(The Plant Cell)在线发表了这项研究成果,指出该成果为解析植物防御病虫侵害的分子机制奠定了重要基础。

  茉莉酸是来源于不饱和脂肪酸的植物免疫激素。其生物合成途径和化学结构与高等动物中的免疫激素前列腺素有极高的类似性。对应于机械伤害、咀嚼式昆虫和死体营养型病原菌的侵害,植物激活茉莉酸信号通路,启动并级联放大茉莉酸介导的转录重编程,从而产生有效的防御反应。但目前对茉莉酸激活植物免疫转录重编程的机理所知甚少。

  李传友团队的研究发现,植物对病虫侵害的有效防御依赖于茉莉酸信号途径中的核心转录因子MYC2。 MYC2转录因子对于植物响应病虫侵害过程中的抗性基因表达是必要的,并且起正向调控作用。利用染色质免疫共沉淀--测序(ChIP-Seq)与全基因组表达谱--测序(RNA-Seq)相结合的手段,他们在番茄全基因组范围内确定了一系列MYC2直接结合的靶标基因。令人感兴趣的是,他们发现MYC2直接结合的靶标基因中富含转录因子基因,表明MYC2是茉莉酸信号通路中高层级的转录调控元件。进一步研究表明MYC2与其直接结合的次级转录因子形成一系列的转录级联调控模块(transcription module)。这些转录级联调控模块在免疫转录重编程的激活和级联放大中起至关重要的作用。这一发现对于人们深入理解茉莉酸调控植物抗病抗虫的机理具有重要意义,并为番茄抗病抗虫分子育种提供了重要的理论指导。

  据了解,李传友团队长期致力于以番茄为模式系统研究作物优质抗逆的遗传调控和分子改良,此项研究成果是该团队继培育出高品质高抗性的“泰番”系列番茄新品种之后,在植物抗病、抗虫机理领域长期潜心研究、不断积累的另一重要突破。“泰山学者优势特色学科人才团队”核心成员赵久海教授是该论文的共同第一作者和共同通讯作者,团队核心成员陈谦教授也是本研究的主要作者。研究得到山东省泰山学者计划、中国科学院战略性先导专项、科技部、农业部和国家自然科学基金委的资助。

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