番茄果实成熟防御新机制：MYC2-NOR/RIN复合体通过激活ERF.F4增强灰霉病抗性

本研究首次揭示番茄果实成熟调控因子NOR（非成熟蛋白）和RIN（成熟抑制蛋白）通过物理互作MYC2（茉莉酸信号枢纽转录因子），协同增强ERF.F4（乙烯响应因子）的转录激活能力，进而上调防御基因PR-STH2表达，补偿因成熟导致的灰霉病（Botrytis cinerea）易感性。该发现为同步改良果实品质和抗病性提供了新靶点。

　　

研究内容归纳

摘要核心发现

肉质果实成熟过程中对病原菌易感性增加，但主动防御机制仍持续运作。本研究以番茄-灰霉菌（Botrytis cinerea）互作为模型，揭示成熟调控因子NOR和RIN通过形成MYC2-NOR/RIN蛋白复合体，激活下游ERF.F4介导的防御信号通路，补偿成熟导致的抗性损失。

引言背景

灰霉菌是全球果蔬采后主要病原体，年经济损失超100亿美元。番茄成熟突变体^nor、^rin等因成熟缺陷表现出差异化的抗病性：^nor抗性增强，而^rin更易感。茉莉酸（JA）是抗灰霉病的关键激素，其活性形式JA-Ile通过转录因子MYC2传递防御信号，但成熟调控因子如何影响该通路尚不明确。

结果精要

1. NOR/RIN缺失削弱JA-Ile积累与防御响应

• 野生型（WT）番茄果实中，NOR/RIN表达随成熟（MG→Br→Br+4）上升，而JA-Ile水平下降。
• 灰霉菌感染后，WT果实JA-Ile积累显著升高，但在CRISPR编辑的^CR-NOR、^CR-RIN及双突变体^CR-NOR/RIN中增幅减弱（图1f）。
• 转录组分析显示：灰霉菌诱导的569个差异表达基因（DEGs）在WT中富集于植物-病原互作通路；^ERF.A2、^B12、^C3、^F4等防御基因在突变体中表达显著降低（图2c,d）。

2. NOR/RIN与MYC2形成互作网络

• 酵母双杂交（Y2H）和免疫共沉淀（Co-IP）证实：NOR直接结合MYC2，RIN同时结合MYC2及其共激活子MED25（图3a-c）。
• 酵母三杂交（Y3H）显示：RIN竞争性干扰MYC2-MED25互作，NOR则干扰MYC2-JAZ1/6互作（JAZ为JA信号抑制蛋白）（图3d）。
• 双荧光素酶报告系统证明：NOR/RIN激活MYC2启动子，MYC2反式激活NOR/RIN及JA通路基因（AOC、OPR3等）（图3f-g）。

3. NOR/RIN增强MYC2对ERF.F4的激活

• CUT&Tag技术鉴定出MYC2在番茄基因组中结合3523个启动子位点，其中594个含NAC（NOR结合基序）和MADS（RIN结合基序）。
• 110个灰霉菌诱导的DEGs是MYC2直接靶标，包括^ERF.F4。MYC2结合其启动子区CACGTG/ACCGACA基序的能力在^CR-NOR和^CR-RIN中严重受损（图4b-c）。
• NOR/RIN使MYC2对ERF.F4启动子的激活能力提升3.5–8.2倍（图4d）。

4. ERF.F4直接调控防御基因PR-STH2

• CRISPR编辑获得^ERF.F4敲除突变体（^CR-ERF.F4），其灰霉病斑直径显著大于WT（图5a）。
• ERF.F4定位于细胞核，特异性激活含GCC-box的PR-STH2启动子（2.6倍），但不激活PR-5（图5c）。
• PR-STH2、PR-5在感染后的表达于^CR-ERF.F4中显著下调（图5b）。

讨论与意义

1. MYC2复合体协调成熟与防御
MYC2作为JA信号枢纽，通过招募NOR/RIN、MED25（共激活子）及JAZ（共抑制子）形成动态复合体。该复合体在激活ERF.F4防御基因的同时，也调控类黄酮、甾体生物碱等抗病代谢物合成，平衡成熟进程与抗性投入。

2. NOR/RIN的双重角色
尽管NOR/RIN促进成熟相关软化、色素积累等易感因素，但其通过强化MYC2-ERF.F4-PR-STH2通路，部分抵消成熟导致的抗性损失。这一补偿机制解释了为何^rin突变体（成熟受阻但防御信号减弱）比WT更易感。

3. ERF家族功能分化
不同ERF成员在防御中分工明确：ERF.F4专一调控PR-STH2；ERF.C3受MYC2直接激活但不受NOR/RIN影响；ERF.C1则参与乙烯-MPK8防御模块。这种分化实现防御信号的精准调度。

结论与展望

本研究阐明"MYC2-NOR/RIN-ERF.F4-PR-STH2"是番茄果实抵御灰霉病的核心通路，为通过基因编辑靶向优化NOR/RIN表达，同步提升果实品质和采后抗性提供了理论依据。未来需通过核蛋白复合物质谱技术，解析该通路的动态组装机制。

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数据与方法亮点

• 创新技术：利用CUT&Tag绘制MYC2全基因组结合图谱，结合遗传材料（CR-NOR/CR-RIN）揭示NOR/RIN对MYC2-DNA结合的调控。
• 关键实验：酵母三杂交首次证明RIN竞争性取代MED25，NOR取代JAZ1/6，重塑MYC2复合体功能。
• 因果验证：^ERF.F4 CRISPR突变体直接证实其介导PR-STH2表达及抗性表型。