南京农业大学菊花团队在国际植物学经典杂志上发表封面文章,揭示嫁接调控菊花抗病性的分子机制
近期,南京农业大学菊花遗传育种与种质创新团队在 Journal of Experimental Botany上发表了题为 Heterografting enhances chrysanthemum resistance to Alternaria alternatavia jasmonate-mediated increases in trichomes and terpenoids的封面文章,揭示了嫁接提高菊花黑斑病抗性的新机制。
菊花黑斑病是由死体营养型真菌链格孢菌引起的严重叶部病害,易造成菊花叶片斑点、枯萎和植株死亡,特别是在规模化种植的茶用菊品种中病害频发,严重影响茶用菊品质和产量,给农民和企业带来巨大的经济损失。目前,菊花黑斑病主要以化学药剂防治为主,而化学防治不当易造成环境污染等问题,选择一种环保又有效的黑斑病防治技术是解决产业问题的关键。采用嫁接技术,利用砧木对病害高抗或免疫的特性,不但可以有效提高植物病害抗性,还能减少化学防治所引起的环境污染,然而嫁接是否影响菊花的黑斑病抗性目前仍不清楚。
该研究发现以黑斑病抗性强的蒿属植物北艾为砧木,嫁接感病茶用菊品种‘大洋菊’,显著提高大洋菊对黑斑病的抗性。叶片细胞学和GC-MS分析发现,与自接菊花相比异砧嫁接菊花叶片呈现出更高的腺毛密度和萜类化合物含量,同时萜类化合物可以抑制黑斑病病原菌的生长。进一步转录组分析强调CmJAZ1-like在异砧嫁接菊花抵御黑斑病方面发挥重要作用。转基因菊花功能验证表明,CmJAZ1-like过表达株系表现为对黑斑病更为敏感,同时腺毛密度以及萜类化合物含量均减少。相反地,CmJAZ1-like沉默株系则表现为对黑斑病抗性增强,且腺毛密度和萜类化合物含量均升高。JA可以促进多种植物的腺毛发育,通过UPLC-MS分析发现,相较于自接菊花接穗,异砧嫁接菊花接穗含有更高水平的JA。更深入的研究揭示,JA不但促进菊花腺毛发育和萜类化合物合成,还诱导CmJAZ1-like蛋白的降解。
综上所述,异砧嫁接菊花具有较高的JA水平,可以通过诱导CmJAZ1-like蛋白降解,进而增加腺毛密度和萜类化合物含量,最终提高接穗对黑斑病的抗性。这些发现揭示了一种新型嫁接抗病机制,并为菊花生产和栽培过程中的病害防治提供了一种环保又有效的方式。
南京农业大学园艺学院管志勇教授和陈素梅教授为该论文共同通讯作者,园艺学院已毕业博士生李文杰(现南京农业大学钟山青年研究员)和在读博士生詹庆玲为共同第一作者,已毕业博士生关云霄(现福建农林大学讲师)、在读博士生李松、在读硕士生郑珊瑚、本团队王利凯教授、刘晔副教授、丁莲副教授、赵爽副教授、王振兴教授、蒋甲福教授、房伟民教授和陈发棣教授以及植物保护学院马洪雨高级实验师参与了部分研究工作。该研究得到了国家自然科学基金和江苏省种业振兴‘揭榜挂帅’项目的资助。
园艺学院陈发棣教授领衔的菊花遗传育种与种质创新团队针对嫁接调控菊花抗逆和品质方面开展了一些研究工作,目前已在Journal of Experimental Botany、Horticulture Research、Scientia Horticulturae和Planta等期刊发表了多篇研究论文。
原文链接:https://doi.org/10.1093/jxb/erae212
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