《The Crop Journal》：An intracellular Ras-group related leucine-rich repeat protein IbPIRL8 increases soft rot and root rot resistance in sweet potato
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本研究针对甘薯贮藏期软腐病（病原：Rhizopus stolonifer）和田间根腐病（病原：Fusarium foetens）造成的重大经济损失，通过分子生物学技术揭示了IbPIRL8基因的多重抗病机制。研究发现该基因过表达可显著激活水杨酸（SA）信号通路、纤维素（cellulose）和胼胝质（callose）合成通路，且转录因子IbDEAR2通过结合DRE顺式元件负调控IbPIRL8表达。该研究为抗病育种提供了新靶点，成果发表于《The Crop Journal》。
作为全球重要的粮食作物，甘薯却因贮藏期软腐病和田间根腐病遭受严重损失。据统计，每年约有15%的甘薯因病害腐烂变质，根腐病甚至可导致30%的产量损失。传统化学防治不仅易引发病原菌抗药性，更存在农药残留风险。面对这一产业难题，培育抗病品种成为最具潜力的解决方案，而揭示甘薯先天免疫机制则是实现精准育种的关键。
在这项发表于《The Crop Journal》的研究中，中国农业大学的研究团队从抗病品种农大白中成功克隆出IbPIRL8基因。该基因编码一个定位于细胞核和细胞膜的富含亮氨酸重复序列蛋白。研究发现，病原菌侵染可显著诱导IbPIRL8表达，其过表达株系在保持产量不变的同时，对两种主要病害的抗性均显著增强。机制研究表明，IbPIRL8通过协同激活水杨酸信号通路、促进细胞壁组分（纤维素）和防御屏障物质（胼胝质）的合成，构建多层次防御网络。更有趣的是，团队发现转录因子IbDEAR2在病原侵染后表达下调，并通过直接结合IbPIRL8启动子中的脱水应答元件（DRE）实施负调控，这一发现揭示了病害应答中转录重编程的新机制。
研究人员综合运用了分子克隆、转基因技术（农杆菌介导的甘薯遗传转化）、转录组分析（RNA-seq）、酵母单杂交（Y1H）、双分子荧光互补（Dual-LUC）和凝胶阻滞实验（EMSA）等关键技术。实验材料包括500个甘薯F1群体个体（用于单倍型分析）和田间病土样本（含Fusarium foetens病原菌，接种密度300 CFU/g土壤）。
3.1. IbPIRL8参与甘薯软腐病应答
通过比较转录组分析，发现抗病品种中IbPIRL8表达显著上调。单倍型分析显示该基因第三外显子的SNP位点（C/C基因型）与抗病性显著相关。系统进化分析表明IbPIRL8与拟南芥AtPIRL8亲缘最近，其编码蛋白含有8个LRR结构域，定位于细胞核和细胞膜。
3.2. IbPIRL8在甘薯中的表达分析
启动子分析发现多个激素应答元件（SA应答的TCA元件、MeJA应答的TGACG motif）。RT-qPCR证实病原侵染、SA和MeJA处理均可诱导基因表达，且在纤维根和贮藏根中表达量最高。
3.3. IbPIRL8调控甘薯生长发育
过表达株系（OE）呈现茎根伸长、叶片增大的表型，而RNA干扰株系（Ri）则表现相反，表明该基因在营养生长中发挥正向调节作用。
3.4. IbPIRL8增强甘薯对软腐病和根腐病的抗性
田间试验显示转基因植株在保持产量不变的前提下，OE株系病斑直径显著减小，根腐病发生率降低，而Ri株系病害加重，证明IbPIRL8是抗病性的正调控因子。
3.5. IbPIRL8通过多重通路增强软腐病抗性
转录组分析发现2862个上调基因，GO富集显示这些基因显著富集于SA信号通路（GO:2000031）、纤维素合成（GO:0030244）和胼胝质合成（GO:0051274）过程。OE株系中SA响应基因（IbCAD1、IbNPR3）、纤维素合成基因（IbCESAs）和胼胝质合成基因（IbCALSs）显著上调，同时内源SA、纤维素和胼胝质含量同步增加。
3.6. IbDEAR2直接结合IbPIRL8启动子抑制其表达
Y1H筛选发现转录因子IbDEAR2可直接靶向基因启动子。该核定位蛋白具有转录抑制活性，病原侵染后其表达下调。EMSA和Dual-LUC实验证实IbDEAR2通过结合启动子DRE motif实施转录抑制。
研究结论表明，IbPIRL8作为新型抗病调节因子，通过协调SA信号、细胞壁强化和物理屏障构建三重防御机制，为抗病育种提供了新策略。特别值得注意的是，该基因在增强抗性的同时不影响产量，解决了作物抗病育种中常见的“生长-防御权衡”难题。发现的IbDEAR2-IbPIRL8调控模块不仅深化了对植物免疫网络的理解，更为基因编辑育种提供了精准靶点。这项研究为开发可持续病害防控策略奠定了理论基础，对保障粮食安全具有重要意义。
