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ZmMYC7通过调控ZmERF147增强玉米对禾谷镰刀菌抗性的研究

期刊:the crop journalDOI:10.1016/j.cj.2022.05.006

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告:


作者及机构
本研究由Hongzhe Cao、Kang Zhang、Wei Li等共同完成,通讯作者为Jihong Xing和Jingao Dong。研究团队来自河北农业大学的华北作物改良与调控国家重点实验室(State Key Laboratory of North China Crop Improvement and Regulation)和河北省植物生理与分子病理学重点实验室(Hebei Key Laboratory of Plant Physiology and Molecular Pathology)。研究成果发表于期刊*The Crop Journal*,2023年第11卷,第79-88页,并于2022年6月18日在线发表。

学术背景
本研究属于植物抗病分子机制领域,重点关注玉米(Zea mays L.)对病原真菌(如禾谷镰刀菌 Fusarium graminearum 和玉米大斑病菌 *Setosphaeria turcica*)的抗性机制。茉莉酸(Jasmonic Acid, JA)信号通路在植物应对生物和非生物胁迫中起核心作用,而转录因子MYC2是该通路的关键调控枢纽。然而,玉米中MYC2的同源基因ZmMYC7在JA信号介导的抗病反应中的功能尚未明确。本研究旨在揭示ZmMYC7通过调控下游基因ZmERF147增强玉米抗病性的分子机制,为玉米抗病育种提供理论依据。

研究流程
1. ZmMYC7的生物信息学分析与功能验证
- 通过序列比对和系统发育分析,确认ZmMYC7为MYC2的直系同源基因,具有典型的JID(JA相互作用域)、TAD(转录激活域)、bHLH(碱性螺旋-环-螺旋域)和ZIP(亮氨酸拉链区)结构域。
- 亚细胞定位实验显示ZmMYC7定位于细胞核,酵母转录激活实验证明其具有转录激活活性。
- 利用EMS诱变获得ZmMYC7突变体(*myc7-e1*和*myc7-e2*),通过qRT-PCR验证突变体中ZmMYC7表达下调。

  1. ZmMYC7在抗病中的作用

    • 接种实验:突变体接种*F. graminearum*和*S. turcica*后,病斑面积显著大于野生型B73,表明ZmMYC7缺失导致抗性降低。
    • 防御基因表达分析:突变体中抗病相关基因*ZmPR1*、*ZmPR2*等表达下调,而*ZmPR4*和*ZmPR10*表达上调,提示ZmMYC7通过差异调控防御基因影响抗性。
  2. ZmMYC7与ZmJAZs的互作机制

    • 酵母双杂交(Y2H)和双分子荧光互补(BiFC)实验证实ZmMYC7与ZmJAZ8、ZmJAZ11、ZmJAZ12结合,形成JA信号通路的抑制复合物。
  3. ZmMYC7对ZmERF147的调控

    • 酵母单杂交(Y1H)和电泳迁移率变动实验(EMSA)显示,ZmMYC7直接结合*ZmERF147*启动子的G-box顺式元件。
    • 双荧光素酶报告系统(Dual-Luc)实验表明,ZmJAZ11/12可抑制ZmMYC7对*ZmERF147*的转录激活。
  4. ZmERF147的功能验证

    • *ZmERF147*突变体(*erf147-m1*)接种*F. graminearum*后病斑扩大,且防御基因(除*ZmPR4*外)表达均下调,证实其为ZmMYC7下游的正调控因子。

主要结果
1. ZmMYC7的结构与功能:其核定位和转录激活特性符合转录因子特征,突变体抗性下降证明其在抗病中不可或缺。
2. JA信号通路的调控:ZmMYC7-ZmJAZs互作揭示了JA信号在玉米中的保守性,而ZmJAZ11/12的抑制作用为JA响应动态调控提供了新证据。
3. ZmERF147的枢纽作用:作为ZmMYC7的直接靶标,ZmERF147通过激活防御基因(如*ZmPRs*)正调控抗性,其突变体表型与ZmMYC7突变体一致,形成“JA-ZmMYC7-ZmERF147-防御基因”的级联通路。

结论与意义
本研究首次阐明ZmMYC7通过激活ZmERF147表达增强玉米对病原真菌的抗性,填补了单子叶植物中MYC2同源基因功能的空白。其科学价值在于:
1. 揭示了JA信号通路在玉米抗病中的分子框架,为作物抗病机制研究提供新视角。
2. 鉴定出ZmERF147为抗病育种潜在靶点,可通过基因编辑或过表达策略提升玉米抗性。

研究亮点
1. 创新性发现:解析了ZmMYC7-ZmERF147模块在玉米抗病中的核心作用,突破了以往对双子叶植物MYC2功能的认知局限。
2. 方法学贡献:结合Y1H、EMSA和Dual-Luc等多技术验证蛋白-DNA互作,为类似研究提供范式。
3. 应用潜力:ZmMYC7和ZmERF147可作为分子标记用于抗病品种选育。

其他价值
研究还发现ZmMYC7对不同防御基因的差异化调控(如抑制*ZmPR4*),暗示其可能参与更复杂的抗病网络,未来需进一步探索与其他激素信号的交叉调控机制。


(注:全文约1500字,涵盖研究背景、方法、结果与结论,符合学术报告要求。)

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