番茄SlWRKY30转录因子通过多通路协同调控增强对南方根结线虫抗性的机制研究

本研究针对番茄产业面临的根结线虫(RKN)病害防控难题，通过RNA-seq筛选获得关键转录因子SlWRKY30。采用VIGS沉默和过表达技术证实该基因能独立于Mi-1基因显著增强抗性，系统解析其通过调控SA/JA/BR激素信号通路及ROS清除酶活性，抑制线虫取食位点形成的分子机制。该发现为番茄抗线虫育种提供了新靶点，对实现绿色防控具有重要应用价值。

　　

研究背景与意义
南方根结线虫(Meloidogyne incognita)是全球设施蔬菜栽培中最具破坏性的土传病原体之一，可侵染3000多种宿主植物。番茄作为其主要寄主，受害后根系形成巨型细胞(GCs)和根瘤，严重阻碍养分吸收，导致减产甚至绝收。目前商业育种中仅Mi-1基因被广泛应用，但由于其源自野生种Solanum peruvianum，存在远缘杂交不亲和性，基因克隆困难导致利用率低下。因此，挖掘新型抗性基因尤其是转录因子(TFs)，成为突破番茄抗线虫育种瓶颈的关键。

WRKY家族是植物中最大的TF家族之一，其保守的WRKYGQK结构域可特异性结合靶基因启动子W-box元件。已有研究表明SlWRKY72和SlWRKY3能正向调控番茄对线虫抗性，而SlWRKY45则通过抑制JA合成基因SlAOC增加感病性。这些发现暗示WRKYs在抗线虫网络中具有复杂调控作用，但具体机制尚不明确。

研究方法
研究团队通过RNA-seq筛选Mi-1和Mi-3抗性材料中的差异表达基因(DEGs)，锁定SlWRKY30(Solyc10g009550.3)为核心靶点。采用VIGS技术在感病系'AC'(mi-1/mi-1)和抗病系'18,060'(Mi-1/Mi-1)中进行瞬时沉默，构建过表达T₂
代株系。通过接种二龄幼虫(J2s)评估根结指数(GI)和病情指数(DI)，结合亚细胞定位、生理指标测定、HPLC-MS/GC-MS激素检测及qPCR分析，系统解析其抗性机制。

研究结果
3.1 SlWRKY30的筛选与表达模式
RNA-seq显示SlWRKY30在Mi-1和Mi-3抗性系接种后3 dpi和6 dpi的log₂
FC分别达3.27/2.43和3.21/2.68。qPCR验证其在Mi-1系根部的表达量在3 dpi时上调11.02倍，显著高于其他SlWRKYs，表明该基因可能在线虫侵染早期发挥关键作用。

3.2 功能验证实验
VIGS沉默导致'AC'植株GI从10.08升至25，DI从26.67升至44.4；而抗病系'18,060'仅出现轻微表型变化，暗示SlWRKY30可能独立于Mi-1通路发挥作用。过表达株系接种后根结数减少56.6%，抗性等级从高感(HS)提升至抗性(R)，证实其正向调控功能。亚细胞定位显示SlWRKY30-GFP融合蛋白定位于细胞核。

3.3 生理与ROS系统分析
过表达株系根系活力较野生型(WT)提高39%，H₂
O₂
在24 hpi时积累量增加23%。抗氧化酶系统中，PPO活性在48 hpi时显著提高48%，POD在60 hpi时活性增加29%，而MDA含量降低21-38%，表明SlWRKY30通过增强ROS清除能力减轻膜脂过氧化损伤。

3.4 激素信号通路调控
SA和JA含量在OE株系60 hpi时分别比WT高25%和15%，伴随ICS1、PR1和COI1基因表达上调2.79-4.03倍。BR信号通路中BRI1和BAK1在24 hpi时表达量提升2.29-2.48倍，而CTK合成基因LOG5在WT中特异性诱导。ETH合成关键基因ACS8在48 hpi时表达量增加2.18倍，揭示SlWRKY30可能通过多激素协同调控网络增强抗性。

结论与展望
本研究首次阐明SlWRKY30能独立于Mi-1基因显著提升番茄对南方根结线虫的抗性等级。该TF通过激活SA/JA/BR信号通路，协同调控ROS代谢关键酶（POD/PPO/SOD）活性，抑制线虫取食位点形成。特别值得注意的是，其过表达可使感病材料直接获得抗性表型，这为克服Mi基因利用瓶颈提供了新思路。

研究创新性体现在三方面：1) 发现SlWRKY30具有独立于R基因的抗性调控功能；2) 揭示BR信号参与抗线虫的新机制；3) 证实ROS系统稳态在抗性中的核心作用。未来研究可进一步解析该基因与Mi-1的互作关系，并探索其在田间复杂病原环境中的实际应用价值。该成果发表于《Scientia Horticulturae》，为番茄抗线虫分子设计育种奠定了重要理论基础。