近日，《Journal of Integrative Plant Biology》在線發(fā)表了海南大學(xué)南繁學(xué)院王守創(chuàng)教授團(tuán)隊(duì)題為“A SlMYB78-regulated bifunctional gene cluster for phenolamide and salicylic acid biosynthesis during tomato domestication, reducing disease resistance”的研究論文。首次揭示植物抗病代謝通路中存在雙功能基因簇（BGC2），其核心基因 SlEPS1在馴化中因負(fù)選擇導(dǎo)致功能衰退的分子機(jī)制：其編碼的雙功能酶兼具催化抗菌物質(zhì)酚胺與免疫激素水楊酸的雙重功能，為植物代謝與抗病研究提供新路徑。
該研究對401份番茄群體材料的酚胺物質(zhì)進(jìn)行了檢測，通過基于代謝物全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS)鑒定出2號染色體上與酚胺合成基因簇（BGC2）。實(shí)驗(yàn)證明基因簇中核心組分SlEPS1參與水楊酸和酚胺的生物合成，其關(guān)鍵氨基酸殘基 His169對酚胺合成至關(guān)重要，且SlEPS1的雙酶活性與增強(qiáng)的抗病性相關(guān)（圖1）
圖1 酚胺BGC2基因簇的定位與鑒定
通過比較不同番茄亞群中SlEPS1位點(diǎn)的核苷酸多樣性，發(fā)現(xiàn)該基因可能受人工選擇影響。變異組分析發(fā)現(xiàn)番茄群體間有兩個不同的SlEPS1單倍型組合：SlEPS1HapA和SlEPS1HapB，其中SlEPS1HapB的植株中酚胺和SA水平更高，抗病性更強(qiáng)。這些結(jié)果表明，在番茄的馴化選擇過程中，SlEPS1HapB的消失可能是導(dǎo)致番茄抗病性降低的原因之一（圖2）。
圖2 SlEPS1馴化遺傳分析
此外，研究還發(fā)現(xiàn)了一個與BGC2顯著共表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子SlMYB78。它能夠直接結(jié)合并激活BGC2基因簇的啟動子，從而調(diào)控BGC2基因簇的表達(dá)。當(dāng)SlMYB78基因被沉默時，酚胺和水楊酸的含量顯著下降，導(dǎo)致其抗病能力降低（圖3）。
圖3 SlMYB78正調(diào)控基因簇，促進(jìn)酚胺和水楊酸的積累
綜上所述，番茄馴化過程中，SlMYB78調(diào)控的雙功能基因簇BGC2因抗病單倍型SlEPS1HapB被負(fù)選擇，導(dǎo)致現(xiàn)代番茄酚胺和水楊酸減少，抗病性顯著下降?？梢酝ㄟ^基因編輯恢復(fù)SlEPS1HapB功能或增強(qiáng)SlMYB78活性的抗病育種策略，為培育高抗優(yōu)質(zhì)番茄提供理論支撐。
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