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胡椒野生種中發(fā)現(xiàn)獨有的茉莉酸反應(yīng)抗病途徑
作者：李晨      來源：中國科學報
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胡椒野生種質(zhì)資源具有高抗病特性，具有胡椒穩(wěn)產(chǎn)重大利用價值。近日，浙江大學與中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院香料飲料研究所開展聯(lián)合攻關(guān)，對野生胡椒抗病遺傳進行了深度解析，在國際綜合性期刊《前沿研究雜志》（Journal of Advanced Research）在線發(fā)表了研究論文，為提高胡椒栽培種的抗性及高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了重要遺傳資源。
胡椒（Piper nigrum）是胡椒科胡椒屬多年生木質(zhì)藤本植物，素有“香料之王”的美譽，在藥用價值和工業(yè)價值方面扮演重要的角色。目前，我國胡椒種植面積已達36萬多畝，年總產(chǎn)量超過4萬噸，是世界第五大生產(chǎn)國。
海南省是我國胡椒的傳統(tǒng)產(chǎn)區(qū)和優(yōu)勢種植區(qū)域，產(chǎn)量占我國的90%以上。然而，卵菌病原體——辣椒疫霉菌嚴重影響了胡椒的生長，病情嚴重的胡椒園損失可達90%以上，甚至出現(xiàn)全園毀滅的情況。因此，了解胡椒對辣椒疫霉菌的抗病機制，對于制定有效策略以減輕胡椒瘟病的影響，并確保胡椒種植的持續(xù)增長與繁榮至關(guān)重要。
胡椒栽培種熱引1號是由中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院選育的重要栽培種，以其高產(chǎn)而聞名，但對辣椒疫霉菌較為敏感。相比之下，原產(chǎn)于中國海南省和云南省的野生物種黃花胡椒對該病原體表現(xiàn)出顯著的抗性。
黃花胡椒與熱引1號之間存在顯著的基因組差異，這可能是導致它們抗性差異的主要原因。該研究首先評估了兩個胡椒品種之間蛋白編碼區(qū)的基因組結(jié)構(gòu)變異，共鑒定出1372678個SNP位點和235493個indel位點，并識別到5496個受到高效變異影響的基因，其中359個基因與植物抗性防御反應(yīng)相關(guān)。
研究發(fā)現(xiàn)，黃花胡椒展示了特有的亞油酸和α-亞麻酸合成途徑，這些是茉莉酸（JA）生物合成的關(guān)鍵起始代謝底物。與熱引1號相比，黃花胡椒在H3K4me3修飾中表現(xiàn)出不同的功能富集模式，尤其在亞油酸和α-亞麻酸合成途徑上顯著富集。進一步研究發(fā)現(xiàn)，黃花胡椒LOX家族基因受H3K4me3修飾調(diào)控，導致基因表達上調(diào)，激活茉莉酸生物合成途徑，從而有效抑制病原體的侵染。
該項研究將有助于應(yīng)用群體遺傳學技術(shù)方法更深入地了解遺傳和表觀遺傳因素如何影響植物對病原體的反應(yīng)，從而協(xié)助胡椒栽培種的抗病性遺傳改良。
浙江大學棉花精準育種團隊在讀博士生郝宇鵬、中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院香料飲料研究所研究員范睿副為論文共同第一作者。浙江大學研究員關(guān)雪瑩、中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院香料飲料研究所研究員郝朝運為論文共同通訊作者。研究工作依托浙江大學、海南專項研究生培養(yǎng)項目支持，獲得國家自然科學基金、海南省自然科學基金等項目資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jare.2024.10.015
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