MaERF110-MaMYB308转录模块负调控香蕉木质素介导的镰刀菌枯萎病抗性机制研究

《Plant Biotechnology Journal》：A MaERF110-MaMYB308 Transcriptional Module Negatively Regulates Lignin-Mediated Defence Against Fusarium Wilt in Banana

本研究通过全基因组关联分析（GWAS）在184份香蕉种质中鉴定到AP2/ERF转录因子MaERF110作为木质素合成的关键负调控因子。研究发现MaERF110通过直接结合MaMYB308启动子GCC-box激活其表达，形成MaERF110-MaMYB308转录模块，进而抑制木质素合成关键基因（PAL、C4H、4CL等），降低细胞壁木质化程度并破坏活性氧（ROS）稳态，最终导致香蕉对尖孢镰刀菌古巴专化型热带4号小种（Foc TR4）抗性减弱。该研究为香蕉抗病育种提供了新靶点。

　　

1 引言

香蕉作为全球重要水果作物，其生产受到镰刀菌枯萎病和倒伏的严重威胁。木质素作为次生细胞壁主要成分，在植物抗病和机械支撑中起关键作用。本研究通过全基因组关联分析（GWAS）揭示香蕉木质素合成的调控机制，发现MaERF110-MaMYB308转录模块负调控木质素介导的防御反应，为解析香蕉抗病机制提供新视角。

2.1 GWAS鉴定MaERF110为香蕉木质素合成的负调控因子

对184份香蕉种质假茎木质素含量进行GWAS分析，在10号染色体26.97–27.07 Mb连锁不平衡区内鉴定到19个候选基因。表达分析显示MaERF110（Macma4_10_g14460）表达与木质素含量呈负相关。系统进化分析表明MaERF110与水稻OsERF110和拟南芥AtRAP2.6同源。亚细胞定位证实MaERF110定位于细胞核，酵母自激活实验显示其C端（184–309位氨基酸）具有转录激活活性。

2.2 MaERF110负调控香蕉木质素合成

在拟南芥中过表达MaERF110导致株高降低、茎秆弯曲，木质素沉积减少61.52%–80.76%，且对Foc TR4易感性增强。香蕉过表达株系（品种‘香粉’）同样出现假茎结构松散、木质素含量显著下降的表型。组织化学染色显示转基因植株假茎和叶鞘木质化程度明显减弱。

2.3 MaERF110破坏ROS稳态并增强对Foc TR4易感性

接种Foc TR4 15天后，MaERF110过表达香蕉植株出现严重萎蔫，根和球茎中真菌生物量分别为野生型的300倍和4倍以上。DAB和NBT染色显示叶片过氧化氢（H₂O₂）和超氧阴离子（^·O₂^?）积累增加，抗氧化酶CAT、SOD活性降低20%–43%，MDA含量上升1.88–2.28倍，表明氧化损伤加剧。

2.4 MaERF110通过GCC-box直接激活MaMYB308转录

RNA-seq分析发现MaERF110过表达导致1953个基因上调，426个基因下调，其中R2R3-MYB抑制因子MaMYB308表达显著升高。双荧光素酶报告基因、酵母单杂交和EMSA实验证实MaERF110直接结合MaMYB308启动子GCC-box元件（P3探针），激活其转录。

2.5 MaMYB308是保守的木质素合成与抗病负调控因子

亚细胞定位显示MaMYB308定位于细胞核。在拟南芥和香蕉愈伤组织中过表达MaMYB308均导致木质素合成关键基因（PAL、C4H、4CL、CCR、C3H、COMT、F5H）表达下调，木质素沉积减少，对Foc TR4抗性减弱。qRT-PCR证实MaERF110和MaMYB308过表达均抑制木质素合成通路。

3 讨论

本研究首次在香蕉中构建了MaERF110-MaMYB308木质素调控模块：MaERF110通过直接激活MaMYB308表达，进而抑制木质素合成关键酶基因，降低细胞壁木质化程度并破坏ROS稳态，最终削弱对Foc TR4的抗性。该模块的发现为香蕉抗病育种提供了双重靶点，同时揭示了单子叶植物中AP2/ERF转录因子调控木质素合成的新机制。

4 材料与方法

实验材料包括184份香蕉种质和转基因拟南芥。通过农杆菌介导法获得过表达株系，采用乙酰溴法测定木质素含量，GWAS分析使用GAPIT软件包，病原接种采用伤根法，ROS检测使用DAB/NBT染色及试剂盒，分子实验包括Y1H、EMSA和双荧光素酶报告基因检测。