基于HIGS技术的大丽轮枝菌高亲和力烟酸转运蛋白基因鉴定及功能分析揭示黄萎病致病新机制

为解决棉花黄萎病(VW)防治难题，石河子大学团队通过生物信息学分析鉴定出大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)8个高亲和力烟酸转运蛋白基因(VdNATs)，发现其受感病棉花根系分泌物显著诱导。采用宿主诱导基因沉默(HIGS)技术证实VdNAT1基因沉默可显著降低病原菌生物量并减轻病症，为揭示病原菌营养获取机制及抗病育种提供新靶点。

　　

棉花作为全球最重要的天然纺织纤维来源，正遭受大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)引起的黄萎病(VW)严重威胁。这种土传病原菌能形成长期存活的微菌核，导致棉花减产30%-50%，中国超半数棉田受其侵害。尽管已知病原菌需利用宿主分泌的维生素等营养物质，但对其烟酸(NA)转运机制的认识仍属空白。烟酸作为维生素B₃
，是辅酶NAD/NADP合成前体，对病原菌能量代谢至关重要。前期研究发现感病棉花根系分泌物可诱导VDAG_07362基因表达上调4倍，暗示其可能参与致病过程。

为解析这一科学问题，石河子大学农业学院的研究团队通过全基因组筛选鉴定出8个高亲和力烟酸转运蛋白基因(VdNATs)，并利用宿主诱导基因沉默(HIGS)技术揭示VdNAT1的致病功能。相关成果发表于《Journal of Cotton Research》，为开发新型抗病策略奠定理论基础。

研究采用生物信息学分析鉴定基因家族特征，通过RNA-seq数据比较感病/抗病棉花根系分泌物处理的基因表达差异，并构建烟草脆裂病毒(TRV)介导的HIGS体系进行功能验证。实验选用感病棉花品种新陆早8号，病原菌菌株Vd991来自中国农科院棉花研究所。

主要研究结果

VdNAT基因的鉴定与生物信息学分析
从大丽轮枝菌基因组鉴定出8个VdNAT基因，编码蛋白均含主要协助转运蛋白超家族(MFS)保守结构域，属于阴离子阳离子同向转运体(ACS)亚家族。跨膜域预测显示VdNAT1含12个跨膜区，二级结构以α-螺旋为主(占40.96%)。启动子分析发现VdNAT1含9类顺式作用元件，可能与激素、胁迫响应相关。

根系分泌物诱导表达模式
RNA-seq数据显示7个VdNAT基因在感病棉花根系分泌物处理6小时后显著上调，而抗病品种处理组无显著变化，提示这些基因可能参与病原菌对感病宿主的特异性识别。

VdNAT1的致病功能验证
通过TRV病毒载体构建pTRV2-VdNAT1沉默载体，接种后棉花中VdNAT1表达量降低2.9-3.5倍。与对照相比，基因沉默植株接种18天后病情指数显著降低，真菌生物量减少，叶片黄萎症状明显减轻，证实VdNAT1是病原菌致病性必需基因。

结论与意义
该研究首次系统鉴定大丽轮枝菌烟酸转运蛋白家族，揭示VdNATs受感病宿主特异性诱导的表达特征，并通过HIGS技术证实VdNAT1的致病功能。研究成果不仅阐明病原菌通过转运烟酸获取营养的新机制，更为创制稳定抗病种质提供了分子靶标。未来可通过基因编辑或稳定转化HIGS技术培育抗病品种，为棉花黄萎病绿色防控开辟新途径。