西北农林科技大学园艺学院李建明教授团队揭示温室温湿度耦合下番茄与灰霉菌互作调控植物抗性的机制

　　11月21日，西北农林科技大学园艺学院李建明教授团队在《Horticulture Research》上在线发表题为 “Combined effects of temperature and humidity on the interaction between tomato and Botrytis cinerea revealed by integration of histological characteristics and transcriptome sequencing” 的研究论文，揭示了温室温湿度耦合对番茄与灰霉菌的互作机理。园艺学院李建明教授为论文通讯作者，博士研究生李甜竹为论文第一作者。

 

　　该研究阐述了不同温湿度耦合条件下，番茄植株对灰霉菌的防御响应及病原菌的侵染过程变化，明确高温高湿耦合和低温高湿耦合分别通过诱导植株光合响应和细胞壁修饰能力增强番茄对灰霉菌的抗性，并降低病原菌毒素代谢能力。研究结果为通过调控温室环境控制番茄灰霉病探寻出新的思路。

 

　　番茄灰霉病是由灰葡萄孢菌（B. cinerea）引起的一种具有严重破坏性的真菌疾病，导致番茄腐烂、减产，给农业生产带来极大的经济损失。温度和湿度是影响植物-病原菌互作的两个重要环境因素，低温高湿是灰霉病发生的主要环境条件，该条件为灰霉菌的孢子萌发和菌丝生长等侵染结构形成提供了有利的环境因素。当湿度降低时，无论在何种温度下灰霉菌都无法正常分化菌丝，导致侵染失败。高温高湿耦合和低温高湿耦合都能有效抑制灰霉病的发生，增强植物抗性，但其抑制机理可能存在不同。

 

　　植物的光合作用在植物-病原菌互作中具有重要地位，植物叶绿体既是光合作用的场所，也是植物与病原体相互作用的主战场。通过dual RNA-seq和叶绿体透射电镜技术鉴定到以叶绿素a-b结合蛋白为代表的番茄光反应基因上调，灰霉菌侵染诱导了高温高湿耦合下番茄叶绿体的异常结构变化，叶绿体的异常增大和光合基因的上调作为番茄对灰霉菌侵染的防御响应以增强植株对病原菌的抗性。

 

　　植物细胞壁是植物抵御病原菌侵袭的有效物理屏障。Dual RNA-seq鉴定出以XTH为代表的许多番茄细胞壁修饰基因在低温高湿耦合条件下增加，通过石蜡切片和植株细胞壁电镜技术观察到低温高湿耦合下番茄叶片发生细胞壁重塑现象以抵御灰霉菌的攻击。

 

　　温室温度和湿度不仅影响植物对病原菌的防御响应，也极大的影响病原菌的毒素代谢和致病机理。高温高湿耦合和低温高湿耦合通过下调灰霉菌两种主要植物毒素sesquiterpene BOT 和 polyketide BOA，抑制了病菌的毒素代谢能力。高温高湿耦合抑制了编码灰霉菌cyclin的相关基因表达，降低了病菌孢子萌发速率。低温高湿耦合下调了灰霉菌以BcATG8为代表的细胞分化基因，菌丝透射电镜观察低温高湿耦合下菌丝细胞电子致密度异常增大。本研究明确了温室温湿度耦合对番茄与灰霉菌的互作机理，揭示了高温高湿耦合和低温高湿耦合下番茄抗性的增强和病原菌侵染能力的下降。该机理的明确将为通过调控温室环境抑制番茄灰霉病的发生提供重要的理论依据和指导意义。

 

　　该研究得到国家重点研发计划项目的资助。

 

　　原文链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhac257