AP2/ERF转录因子GmTINY通过乙烯调控Rhg1介导的大豆抗胞囊线虫机制解析

为解决大豆胞囊线虫(SCN)抗性机制不明的问题，浙江大学团队发现乙烯(ETH)通过AP2/ERF转录因子GmTINY激活Rhg1位点基因(GmAATRhg1/GmSNAP18)表达，同时调控木葡聚糖内转糖基酶(XTH)家族基因增强细胞壁防御。该研究揭示了ETH-GmTINY信号轴协同调控Rhg1依赖与非依赖的双重抗性通路，为作物抗线虫育种提供新靶点，发表于《Plant Communications》。

　　

大豆作为全球重要经济作物，长期遭受大豆胞囊线虫(SCN)的毁灭性危害，每年造成数十亿美元损失。虽然已知Rhg1位点是抗SCN的主要遗传位点，但关于其调控机制特别是激素信号如何参与抗性反应仍存在重大知识空白。更棘手的是，现有抗性品种因线虫种群快速进化而逐渐失效，亟需揭示新的抗性调控网络以指导抗病育种。

浙江大学联合美国威斯康星大学的研究团队在《Plant Communications》发表研究，首次阐明乙烯信号通过AP2/ERF家族转录因子GmTINY双重调控Rhg1基因和细胞壁修饰通路，协同增强大豆对SCN的抗性。研究人员采用酵母单杂交筛选、EMSA凝胶迁移实验、双荧光素酶报告系统、转基因大豆构建及RNA-seq等技术，发现抗性品种Forrest受SCN侵染后乙烯合成显著增加，而乙烯处理可特异性上调Rhg1位点基因GmAAT_Rhg1和GmSNAP18的表达。通过启动子分析鉴定出关键乙烯响应元件ERELEE4，并锁定其结合蛋白GmTINY。该转录因子不仅能直接激活Rhg1基因转录，还意外调控木葡聚糖内转糖基酶基因GmXTH2等细胞壁重塑相关基因的表达。

研究首先揭示乙烯信号的抗线虫作用。发现抗性品种Forrest在SCN侵染后乙烯水平显著升高，而外源乙烯处理可使GmAAT_Rhg1和GmSNAP18表达提升4倍，同时使线虫发育停滞在J2阶段。启动子突变实验证实ERELEE4元件是乙烯诱导表达的关键调控位点。

在机制解析方面，研究通过酵母单杂交筛选发现GmTINY能特异性结合ERELEE4元件。EMSA和双荧光素酶实验验证其转录激活功能，且该激活依赖于完整的ERELEE4序列。亚细胞定位显示GmTINY定位于细胞核，其C端具有转录激活域。值得注意的是，GmTINY在抗性品种中受SCN侵染显著诱导，而在感病品种中表达受抑制。

功能验证实验极具说服力：过表达GmTINY使感病品种Wm82的线虫发育减少40%，而干扰其表达则加重感病性。稳定转基因株系显示GmTINY过表达不影响农艺性状，但显著降低每克根系的线虫囊肿数量。RNA-seq分析发现GmTINY激活了包括GmXTH2(上调39.6倍)在内的细胞壁相关基因网络。TEM观察证实GmXTH2过表达导致细胞壁显著增厚，这可能物理阻碍线虫穿刺。

研究创新性地提出"双通路协同防御"模型：乙烯-GmTINY模块既通过传统Rhg1途径（上调GmAAT_Rhg1/GmSNAP18），又通过非Rhg1途径（激活XTH介导的细胞壁强化）协同抵御SCN。这一发现解释了为何乙烯能增强感病品种的抗性——即使缺乏高拷贝Rhg1，GmTINY仍可通过XTH途径提供基础防御。该研究不仅填补了植物激素调控线虫抗性的分子机制空白，GmTINY作为连接乙烯信号与细胞壁重塑的关键节点，更为设计广谱持久的抗线虫作物提供了全新分子靶标。作者特别指出，GmTINY位于已知抗性QTL区间，其编码序列在栽培种中高度保守，具有极佳的育种应用前景。