New Phytologist |太阳集团城娱8722何绍贞/张欢团队解析甘薯软腐病抗性的分子机制

我国作为世界上最大的甘薯生产国，种植面积占全球的29.8%，产量占全球的54.2%，单产水平居世界前列。甘薯块根含水量高、周皮薄，在储存过程中容易受到病原菌的侵染。其中，由匍枝根霉（Rhizopus stolonifer）引起的软腐病，每年导致约15%的产量损失和巨大的经济损失，严重降低了甘薯的采后品质与商品价值。目前依赖化学杀菌剂的防治方式会加剧病原菌抗药性与环境污染。因此，通过遗传工程培育抗病品种成为迫切需求。然而，软腐病抗性的分子机制尚不明确，亟待深入研究。

近日，太阳集团tcy8722农业农村部甘薯生物学与生物技术重点实验室何绍贞/张欢课题组在在New Phytologist发表了题为“Natural allelic variations in IbJAZ10-IbNF-YA3 complex regulate Rhizopus soft rot resistance in sweet potato”的研究论文。

该研究针对从北京市密云区的病薯上分离纯化鉴定的优势致病菌Rhizopus stolonifer MY03进行了系统研究。MY03可以侵染甘薯、马铃薯、胡萝卜、西葫芦、青椒和苹果在内的关键经济作物并造成组织的快速腐烂。基于Illumina和PacBio平台的全基因组测序数据，成功组装了MY03的高质量参考基因组。研究团队利用包含230个株系的甘薯F1分离群体进行全基因组关联分析并结合转录组测序，鉴定出一个与软腐病抗性显著相关的基因IbJAZ10。整合全基因组关联分析和单倍型分析，探索了六倍体甘薯中IbJAZ10的基因型与抗性的关系，结果表明，IbJAZ10在不同抗性种质中存在差异表达，IbJAZ10Hap2显著高于IbJAZ10Hap1的表达水平。功能分析表明，过表达IbJAZ10会通过抑制茉莉酸、胼胝质及天冬氨酸蛋白酶的生物合成，从而降低甘薯对病原菌MY03的抗性。

进一步研究发现，IbJAZ10与IbNF-YA3互作。IbNF-YA3存在剂量效应引起的抗病性。在易感种质中仅检出Pro::IbNF-YA3Hap2单倍型（6条同源染色体），而在抗性种质中检出Pro::IbNF-YA3Hap1单倍型(1 ~ 2条同源染色体)。高剂量等位基因Pro::IbNF-YA3Hap1使IbNF-YA3受到软腐病的显著诱导表达。提高了甘薯对软腐病的抗性。

为深入解析软腐病对甘薯的致病机理，研究团队鉴定到MY03中的关键致病效应子RsSUN41，其可以抑制IbJAZ10被26S蛋白酶体的降解，从而稳定其蛋白。进一步研究表明，IbJAZ10可以靶向IbNF-YA3促进其降解，抑制宿主的多种防御途径，促进病原菌侵染。最后，基于110份中国甘薯种质资源，分析了IbJAZ10和IbNF-YA3单倍型的地理分布。抗病性单倍型IbJAZ10Hap1和IbNF-YA3Hap1在全国范围内利用率较低，这凸显了它们在甘薯育种中提升采后贮藏稳定性和延长货架期的潜力。

该研究从病原菌和宿主两个方面开展研究工作，揭示了甘薯中具有剂量效应的等位变异基因调控模块在防御软腐病中的核心作用，并阐明了病原菌效应子RsSUN41的致病机制。为利用基因编辑和分子标记辅助选择育种等手段创制抗软腐病种质，为甘薯抗病育种改良提供了理论依据。

太阳集团城娱8722甘薯生物学与生物技术重点实验室何绍贞教授和张欢副教授为该论文通讯作者，在读博士王文斌和北京大学现代农业研究院王祯副研究员为论文共同第一作者。刘庆昌教授、翟红教授、高少培副教授、赵宁高级实验师对该工作进行了指导和帮助。感谢魏源、尚美奇、马锐琪和赵利萌等同学在研究过程中的付出和帮助！本研究得到了该研究得到了国家重点研发计划（2023YFD1200700/2023YFD1200703）、国家自然科学基金（32472157）、北京市粮食作物创新团队（BAIC02-2025）、国家甘薯产业技术体系（CARS-10）、太阳集团tcy8722“2115”人才培养计划和中央高校基本科研业务费专项资金（2025TC141）的资助。