新闻资讯-【硼】提高西瓜抗病机制，植物抗病毒的新策略（二）-深圳市英联加一生物科技有限公司

西瓜(Citrullus lanatus)是一种在世界范围内深受欢迎的具有重要经济价值的作物。目前中国是最大的西瓜生产国，年产量约占全球总产量的60% 。许多国家的西瓜生产受到各种非生物和生物胁迫的威胁，包括许多侵染植物的病毒。黄瓜绿斑驳花叶病毒(cucumber green mottle mosaic virus，CGMMV)是一种烟草花叶病毒属的RNA病毒，可侵染包括西瓜在内的多种葫芦科作物，并在西瓜果实中引起严重的血瓤病(WBFD)症状，即果实出现海棉状腐烂、变色和酸化，导致重大经济损失。近年来多个实验室致力于研究CGMMV侵染对西瓜植株基因表达的影响，但CGMMV诱导的WBFD分子调控机制尚不清楚。

硼（boron）是植物生长发育所必需的微量元素。土壤中硼含量较高，但植物对硼的吸收受土壤pH值、质地和气候条件等几个已知因素的影响。植物通过合成各种激素和激活信号转导、应激反应和对糖酵解途径做出反应，减少缺硼的损害。施硼可提高作物产量和质量，并抑制植物病害，如施硼可减轻烟草花叶病毒属病毒侵染烟草引起的症状。葡萄灰比诺病毒（grapevine pinot gris virus，GPGV）引起的症状与缺硼症状相似，GPGV侵染和缺硼可引起硼稳态相关基因的表达。研究表明，CGMMV侵染和缺硼会导致植物激素信号、抗病、能量代谢以及细胞壁和膜功能发生类似的改变，由此推断硼可能参与了西瓜对CGMMV侵染的抗病过程。

沈阳农业大学植物保护学院吴元华教授团队，一直致力于CGMMV致病性和寄主抗病性相关研究，并制订了辽宁省CGMMV检测和防控技术规程，对该病害的防控成果获得辽宁省科技进步二等奖。该团队围绕这一问题，已发表多篇高水平研究论文。自2022年以来，接连在国际顶尖农林学期刊Mol. Plant Pathol. (中科院1区，2021年影响因子5.520)和J. Agri. Food Chem. (中科院1区，2021年影响因子5.895)分别发表题为“A novel strategy for improving watermelon resistance to cucumber green mottle mosaic virus by exogenous boron application”和“Suppression of cucumber green mottle mosaic virus infection by boron application: from the perspective of nutrient elements and carbohydrates”的研究论文，系统报道了硼元素参与西瓜抗CGMMV的分子调控机制。

近日，该团队又在国际植物学著名期刊Front. Plant Sci. (中科院2区，2021年影响因子6.627)上发表了题为“Reactive oxygen species-related genes participate in resistance to cucumber green mottle mosaic virus infection regulated by boron in Nicotiana benthamiana and watermelon”的研究论文。该研究通过对不同处理下的本生烟进行转录组测序分析，并通过病毒诱导的基因沉默对筛选出的关键基因在本生烟和西瓜上进行功能验证，提出了硼元素调控活性氧途径提高西瓜抗黄瓜绿斑驳花叶病毒（CGMMV）侵染的新策略。

PART.2 施硼可提高西瓜对CGMMV的抗性

主要结果：本研究发现外源施硼可以抑制CGMMV侵染西瓜果实，进而缓解WBFD症状。转录组分析表明，在CGMMV侵染下，硼元素处理导致与多胺和生长素生物合成、脱落酸分解代谢、防御相关通路、细胞壁修饰、能量和次生代谢相关的多个差异表达基因(DEGs)上调表达，而与参与乙烯生物合成、细胞壁分解代谢和质膜功能相关的多个DEGs下调表达。

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FIGURE 1 CGMMV-induced symptoms in watermelon fruits and virus accumulation.

FIGURE 2 Statistical and enrichment analyses of differentially expressed genes (DEGs).

FIGURE 3 Weighted correlation network analysis (WGCNA) of differentially expressed genes (DEGs) in the fruits from the phosphate-buffered saline (P) + water (H)-, P + boron (B)-, CGMMV (C) + H-, and C + B-treated plants at 15, 30, and 45 days after pollination (DAP).

主要结果：本研究利用基于CGMMV的病毒诱导基因沉默（VIGS）技术，对西瓜多胺和植物激素途径(ADC、PP2C73、SPDS和RAP2-3)、免疫抗性(CML48、SABP2、DIR1、NIMIN-1、NAC2、MYB6、WRKY12、H2A和SBT)、细胞壁和细胞膜功能(XTH23、PE/PEI7和TUBB1)以及能量和次生代谢(ATPS1、DnaJ11、AKR1和PDC1)中涉及的20个基因在CGMMV侵染西瓜过程中的功能进行了分析。

结果表明，沉默西瓜的SPDS表达导致更高的腐胺含量，CGMMV侵染西瓜受到抑制，未出现WBFD症状；SBT和TUBB1对CGMMV侵染西瓜也是必须的。相比之下，沉默XTH23和PE/PEI7(低水平木质素、纤维素和果胶)和ATPS1(低水平谷胱甘肽)促进了CGMMV的积累。此外，RAP2-3、MYB6、WRKY12、H2A和DnaJ11很可能也参与宿主对病毒的抗性。

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FIGURE 4 Effects of the crosstalk between polyamine biosynthesis and phytohormone signalling on CGMMV infection.

FIGURE 5 Boron-mediated multiple defence-related pathways during CGMMV infection.

FIGURE 6 Effects of cell wall modification-, energy metabolism- and cytoskeleton-associated differentially expressed genes (DEGs) on CGMMV infection.

主要结果：较高的(亚精胺+精胺):腐胺比、丙二醛含量和乳酸含量是导致果实腐烂和酸化的主要原因。该研究结果为硼在西瓜抗CGMMV诱导的WBFD中的作用提供了新的认识。这一新知识可用于设计更好的田间防治CGMMV的方法，以及培育抗CGMMV的西瓜和其他瓜类作物。

FIGURE 7 A working model for boron-mediated watermelon resistance to CGMMV infection.

*以上文章内容引用自公众号“新青年植物学家”

原文：连发3篇！沈阳农业大学吴元华教授团队揭示外源施硼提高西瓜抗黄瓜绿斑驳花叶病毒分子机制，提出植物抗病毒新策略

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