木薯（Manihot esculenta）是热带亚热带地区的重要粮食作物和特色经济作物，年产量约3亿吨，即有效保障了全球粮食安全和粮饲多元化供给，也是淀粉生产、食品加工、酒精生产的重要来源之一。然而，木薯遭受木薯细菌性枯萎病（cassava bacterial blight, CBB）等病害的严重威胁，导致其产量和品质受到不同程度的影响。基于木薯主要栽培品种抗病性差，挖掘抗病基因网络并解析其作用机制将有力促进木薯抗病遗传改良。

近日，海南大学热带农林学院和南繁学院（三亚南繁研究院）热带作物生物育种全国重点实验室施海涛团队在Plant Biotechnology Journal上发表了题为“NF-YC15 transcription factor activates ethylene biosynthesis and improves cassava disease resistance”的研究论文。该研究系统揭示了蛋白互作模块MePP2C1-MeNF-YC15和转录调控模块MeNF-YC15-MeACO1-乙烯介导木薯抗病的分子机制和调控网络。

Nuclear factor Y（NF-Y）转录因子广泛存在于真核生物中，通常形成复合休调节植物生长发育和胁迫应答反应过程。本研究发现不同木薯种质中MeNF-YC15基因差异表达，该基因表达水平与不同木薯种质的抗病性水平显著正相关，功能分析发现该基因正调控木薯对细菌性枯萎病抗性。通过RNA-seq鉴定了MeNF-YC15转录因子调控的一系列下游基因，包括10个乙烯信号基因和1个乙烯关键合成酶的编码基因MeACO1；进一步体外体内实验表明MeNF-YC15直接结合MeACO1启动子区并激活其转录和乙烯积累。此外，筛选获得了一系列MeNF-YC15的互作蛋白，其中蛋白磷酸酶MePP2C1与MeNF-YC15互作并抑制其对MeACO1的转录激活。

在上述结果基础上，研究提出了MePP2C1-MeNF-YC15互作介导乙烯积累和木薯抗病性的作用模型。在正常条件下，MeNF-YC15和MePP2C1的正常表达维持了MeACO1的基础转录和乙烯积累。在病原菌侵染过程中，被诱导表达的MeNF-YC15激活MeACO1和乙烯含量促进免疫反应，而被抑制表达的MePP2C1与MeNF-YC15互作介导MeACO1转录激活和乙烯积累。因此，研究阐明了蛋白互作分子模块MePP2C1-MeNF-YC15介导下游MeACO1转录激活和乙烯积累的作用机制，从而为木薯抗病遗传改良提供了候选基因模块。

MePP2C1-MeNF-YC15介导下游MeACO1转录和乙烯积累的作用模型

海南大学热带农林学院和南繁学院（三亚南繁研究院）热带作物生物育种全国重点实验室硕士研究生郑丽燕为第一作者，本科生高帅参与相关研究工作，施海涛教授、曾鸿秋副教授和白玉晶副研究员为通讯作者。研究得到国家自然科学基金、海南省重点研发计划、热带作物生物育种全国重点实验室、海南大学南繁与热带高效农业协同创新中心等资助。

全文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14355

(来源：植物生物技术公众号，图文：施海涛，审核：盘毅）