番茄Mi-1基因介导的高温下根结线虫抗性机制解析及关键温度敏感因子鉴定

本研究针对番茄Mi-1基因在高温（>28°C）下抗根结线虫（RKNs）功能丧失的难题，通过比较转录组分析和VIGS技术，发现高温通过抑制SA通路、激活JA通路及诱导基因可变剪接（AS）破坏免疫网络，鉴定出AOS3、JA2和HSFA6b等关键温度敏感基因。成果为培育高温稳定抗线虫番茄品种提供分子靶点，发表于《Horticultural Plant Journal》。

　　

研究背景与科学问题
根结线虫（RKNs）是全球农作物最具破坏性的病原体之一，每年造成约1000亿美元损失。番茄中Mi-1基因是目前唯一商业化应用的抗线虫基因，但其抗性在土壤温度超过28°C时会显著下降。随着全球变暖加剧，解析Mi-1高温失活机制成为育种领域亟待解决的难题。此前研究虽发现HSP90、SGT1等分子伴侣和SA/JA激素通路参与Mi-1介导的抗性，但高温如何调控这些通路仍不清楚。

研究设计与技术方法
中国农业科学院蔬菜花卉研究所团队以抗性品种‘Motelle’（含Mi-1）和感病品种‘Moneymaker’为材料，在24°C（有效抗性）和32°C（抗性丧失）下接种南方根结线虫（Meloidogyne incognita）。通过qRT-PCR检测Mi-1表达动态，DAB染色分析活性氧（ROS）积累，苯胺蓝染色观察胼胝质沉积，结合酸品红染色追踪线虫发育。利用DNBSEQ平台进行转录组测序，筛选差异表达基因（DEGs）和可变剪接（AS）事件，并通过病毒诱导基因沉默（VIGS）验证候选基因功能。

关键研究发现

1. 高温抑制Mi-1表达与免疫响应
qRT-PCR显示，24°C下Mi-1在接种后1天（dpi）表达达峰，而32°C时表达持续下降。DAB染色证实32°C下ROS积累减少50%，但胼胝质沉积增加2倍。酸品红染色揭示32°C下线虫发育加速，体宽显著大于24°C组，说明高温同时削弱ETI（效应子触发免疫）和PTI（病原体相关分子模式触发免疫）。

2. 转录组揭示激素通路重编程
比较转录组（RKN32 vs RKN24）鉴定到2548个DEGs，其中JA合成关键基因AOS3上调，而SA通路标记基因PR1b1下调。MapMan分析显示高温激活氧化还原酶（如NADPH氧化酶）和热激蛋白（HSPs），但抑制苯丙烷代谢通路（16个基因全部下调）。

3. 高温诱导广泛可变剪接事件
32°C下检测到149个AS基因，以外显子跳跃（ES，71个）和3'剪接位点变异（A3SS，38个）为主。ES基因富集于MAPK通路和苯丙氨酸合成，而A3SS基因多参与激素信号转导。例如，MAPK激酶基因的ES可能导致截短蛋白，削弱免疫信号传递。

4. VIGS验证关键温度敏感基因
沉默JA合成限速酶基因AOS3使线虫瘿瘤数增加25倍，ABA调控因子JA2沉默导致瘿瘤数增加15倍，热激转录因子HSFA6b沉默同样显著降低抗性。这表明JA通路正调控而SA通路负调控高温下的Mi-1功能。

科学意义与展望
该研究首次系统阐明高温通过“三重打击”破坏Mi-1抗性：①直接抑制Mi-1表达；②逆转SA/JA平衡；③诱导免疫基因错误剪接。发现的AOS3-JA2-HSFA6b模块为分子设计育种提供新靶点，未来可通过CRISPR编辑这些基因的启动子或编码区，创制高温稳定抗线虫品种。研究还提示气候变暖可能通过AS机制广泛影响植物抗病性，为抗逆育种开辟新视角。

局限性与未来方向
需进一步通过蛋白质组学验证AS产生的异常蛋白，并解析Mi-1蛋白在高温下的构象变化。多组学整合分析将有助于揭示温度-激素-剪接调控网络的全景图谱。