近日，中国热带农业科学院热带生物技术研究所/热带作物生物育种全国重点实验室甘蔗逆境生物学研究团队联合福建农林大学甘蔗分子育种研究团队在甘蔗调控植物抗病性研究方面取得新进展。研究揭示了甘蔗ScOPR1基因通过免疫信号通路正向调控植物的抗病性，该研究有助于深入理解ScOPR1基因在植物响应生物胁迫中的作用，并为后续解析ScOPR1基因的抗病功能奠定基础。

12-氧代植物二烯酸还原酶（12-oxo-phytodienoic acid reductase, OPR）是一种氧化还原酶，能催化12-氧代植物二烯酸（12-OPDA）转化为茉莉酸（JA）。课题组从甘蔗栽培品种ROC22中鉴定了一个甘蔗ScOPR1基因（GenBank登录号：MG755745），发现该基因的表达受植物激素信号分子茉莉酸甲酯（MeJA）、水杨酸（SA）和脱落酸（ABA）的诱导，且在不同抗感黑穗病甘蔗品种及其与黑穗病菌的互作过程中积极应答该病原菌的侵染。然而，甘蔗ScOPR1基因在植物抗病过程中发挥作用的机制以及其调控通路还需进一步解析。

该研究在阐明甘蔗ScOPR1基因的序列特征和表达模式的基础上（图1），首先通过瞬时表达，发现过表达ScOPR1基因的植株可能通过影响SA、JA、超敏反应 （HR）和活性氧（ROS）等多个信号通路，增强对病原菌的抗性。然后，通过稳定遗传转化及RNA-seq等方法，深入验证了该基因在植物应答病原菌侵染中的作用，并构建了由其介导的植物免疫反应模型。研究在一定程度上解析了ScOPR1的分子机制，为其积极参与增强植物的抗病性提供了令人信服的证据。

图1.甘蔗ScOPR1基因的序列特征和表达模式

研究发现，接种病原菌后，瞬时过表达ScOPR1的转基因植株叶片的3,3-二氨基联苯胺（DAB）染色较深，ROS积累较高，HR和SA通路相关基因的表达增高。稳定过表达ScOPR1的转基因植株，能通过增加JA、SA和谷胱甘肽S-转移酶（GST）的积累，以及上调HR、JA、SA和ROS信号通路相关基因的表达，从而增强转基因植株对病原菌的抗性（图2）。

图2.过表达ScOPR1基因的转基因植株响应病原菌侵染的免疫反应

进一步，通过RNA-seq（转录组测序技术）构建了ScOPR1基因介导的免疫反应调控网络，在接种病原菌后，ScOPR1-OE 中特异性差异表达基因（DEGs）在植物激素信号转导、MAPK级联信号和植物-病原体相互作用等代谢通路中显著富集，推测正是这些基因的表达正向响应了病原菌的胁迫（图3）。

图3.过表达ScOPR1基因的转基因植株响应病原菌侵染的调控网络

最后，作者构建了甘蔗ScOPR1基因在抗病防御反应中的调控机制模型（图4）。以上研究有助于我们深入理解ScOPR1基因在植物响应生物胁迫中的作用，并为后续解析ScOPR1基因的抗病功能奠定了基础。

图4.甘蔗ScOPR1基因在病原菌胁迫响应中的调控机制模型

该研究成果以“Sugarcane ScOPR1 gene enhances plant disease resistance through the modulation of hormonal signaling pathways”为题发表于植物科学领域国际一流学术期刊《Plant Cell Reports》（中科院大类分区生物学二区，IF=6.2）。中国热带农业科学院/热带生物技术研究所/热带作物生物育种全国重点实验孙婷婷副研究员和中国热带农业科学院甘蔗研究中心客座研究人员、福建农林大学农学院已毕业硕士研究生邹文会为该论文的共同第一作者。中国热带农业科学院热带生物技术研究所/热带作物生物育种全国重点实验吴期滨副研究员，农业农村部甘蔗生物学与遗传育种重点实验室/福建农林大学国家甘蔗工程技术研究中心苏亚春副研究员和中国热带农业科学院甘蔗研究中心主任、中国热带农业科学院热带生物技术研究所/热带作物生物育种全国重点实验室/福建农林大学甘蔗综合研究所所长/农业农村部甘蔗生物学与遗传育种重点实验室主任/国家甘蔗工程技术研究中心副主任阙友雄研究员为该论文的共同通讯作者。该研究获得了热带作物生物育种全国重点实验室科研专项、中央引导地方科技发展专项、国家重点研发计划、国家糖料产业技术体系、福建省自然科学基金和福建农林大学科技创新专项基金的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s00299-024-03241-8