近日，Plant Journal在线发表了必赢437官方网站国家甘蔗工程技术研究中心王恒波副研究员联合中国热带农业科学院甘蔗研究中心阙友雄研究员团队题为“The interplay between ScSWEET11 promoters and Paracidovorax avenae effectors regulate resistance in sugarcane”的学术论文。该研究阐述了病菌效应因子，通过调控寄主甘蔗糖外排转运蛋白ScSWEET11基因启动子活性，介导蔗糖分转运，影响甘蔗抗病性的分子机制。
甘蔗是一种高光效的C4植物，因茎秆富含大量糖类物质而著名，成为全球最重要的糖料和生物能源作物。由Paracidovorax avenae (Pa )引起的赤条病是一种严重危害甘蔗叶片的细菌性病害。前期研究显示，糖外排转运蛋白（Sugars Will Eventually be Exported Transporter, SWEETs）家族基因参与响应甘蔗与Pa的互作，但机制尚不清晰。本研究中，过表达ScSWEET11植株，接种Pa后的病斑面积显著增大，异源表达ScSWEET11的酵母糖转运突变体，恢复了蔗糖转运活性。进一步，克隆了甘蔗栽培品种中该基因的启动子序列，其中pScSWEET11_I来自甘蔗属割手密种，而pScSWEET11_II来自甘蔗属热带种，且感病品种为杂合类型，相反地，抗病品种仅有pScSWEET11_II。在脱落酸与Pa胁迫下，pScSWEET11_I的活性都显著强于pScSWEET11_II。同时，赤条病菌的5个效应因子（PaAvrRxo1, PaXopQ, PaXopF2, PaXopAU,和PaXopAC）的过表达，均能诱导植株产生明显病斑。酵母单杂交、双荧光素酶活性测定和过表达显示，PaXopQ、PaXopAU、PaXopF2调控pScSWEET11_I活性，诱导ScSWEET11表达，加速蔗糖外排，导致植株感病；而PaAvrRxo1、PaXopAU影响pScSWEET11_II活性，抑制ScSWEET11表达，减弱蔗糖外排，引发植株抗病（图1）。
图1 病菌效应因子靶向甘蔗ScSWEET11启动子
综上所述，甘蔗ScSWEET11属于SWEET基因家族III分支成员，它编码一种蔗糖外排转运蛋白，而赤条病菌通过分泌效应因子PaXopQ、PaXopF2和PaXopAU，影响pScSWEET11_I活性，导致ScSWEET11的上调表达，促进蔗糖外排胞间，加快Pa的生长与繁殖，导致植株感病表型。相反地，PaAvrRxo1和PaXopAU调控pScSWEET11_II活性，抑制ScSWEET11的表达，降低蔗糖的外排，不利于病原菌的生长和繁殖，增强宿主对Pa的抗性（图2）。以上研究解析了甘蔗与赤条病菌互作的调控网络，为甘蔗抗病分子育种提供研究基础。
图2 Pa效应蛋白调控ScSWEET11启动子在蔗糖转运和甘蔗抗病方面发挥作用
必赢437官方网站农业农村部甘蔗生物学与遗传育种重点实验室/农学院2022届硕士研究生刘俊鸿为第一作者，园艺学院伍炳华教授和中国农业科学院棉花研究所（安阳）章志强博士参与了该论文的部分研究工作。必赢437官方网站国家甘蔗工程技术研究中心罗俊副研究员、中国热科院热带作物生物育种全国重点实验室/生物所/甘蔗研究中心阙友雄研究员、必赢437官方网站国家甘蔗工程技术研究中心王恒波副研究员为该论文的共同通讯作者。以上工作得到国家自然科学基金（32272156）和中国热带农业科学院国家热带农业科学中心科技创新团队（CATASCXTD202402），福建省自然科学基金（2022J01160）、热带作物生物育种全国重点实验室开放课题（NKLTCBCXTD24和NKLTCB-RC202401）以及国家糖料产业技术体系（CARS-17）的支持。
原文链接：https://doi:10.1111/tpj.70255
作者简介：
王恒波，副研究员，硕士生导师，福建省高层次人才(C类)。农业部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室副主任，国家甘蔗工程技术研究中心专职科研人员，民盟必赢437官方网站委员会组织委员。主要围绕甘蔗抗病分子育种及群体遗传学开展研究，在《The Crop Journal》、《Theoretical and Applied Genetics》、《Crop Protection》、《中国农业科学》和《作物学报》等期刊发表文章16篇，授权国家发明专利11项，并参与制定农业行业标准和国家标准5项。主持国家自然科学基金面上项目1项，国家标准制定2项，农业农村部转基因成分抽检2项，福建省自然科学基金面上项目1项。
王恒波（通讯作者，左二）
刘俊鸿，农学院2022级硕士研究生，主要研究方向为甘蔗与病原菌互作的分子机制，在Thecrop journal、中国农业科学等期刊上以第一或参与发表SCI论文3篇。
刘俊鸿（第一作者）