GbTCP20通过调控ACC生物合成途径和木质素沉积赋予植物抗枯萎病能力

本研究针对棉花黄萎病(Verticillium wilt)防治难题，发现GbTCP20转录因子通过双重防御机制增强抗病性：一方面通过激活GbERF4-ACS2/6通路促进ACC(1-氨基环丙烷-1-羧酸)介导的化学防御，另一方面通过上调GbCOMT表达促进木质素沉积形成物理屏障。该研究为作物抗病育种提供了新靶点。

　　

在农业生产中，由大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)引起的黄萎病被称为"植物癌症"，每年造成全球棉花等经济作物数十亿美元损失。这种土壤传播的病原菌能通过维管束系统侵染植物，导致叶片黄化、萎蔫甚至死亡。尽管已知水杨酸(SA)和乙烯(ET)等植物激素参与抗病反应，但调控这些通路的分子机制仍不明确。更棘手的是，乙烯作为"双刃剑"激素，其前体ACC既能激活防御反应，过量时又会增加感病性。与此同时，植物细胞壁的木质化程度直接影响病原菌入侵难度，但木质素沉积的转录调控网络仍有大量空白。

江苏省农业科学院的研究团队在《Plant Science》发表的研究破解了这一复杂难题。他们发现海岛棉(Gossypium barbadense)中的GbTCP20转录因子能协调化学防御和物理屏障双重抗病机制：通过激活ACC生物合成途径增强免疫信号，同时促进木质素沉积加固细胞壁。这种"双管齐下"的抗病策略为开发广谱、持久的作物抗病品种提供了新思路。

研究采用多组学联用技术：通过比较转录组分析鉴定V.dahliae诱导的GbTCP20；利用病毒诱导基因沉默(VIGS)验证基因功能；采用酵母单杂交(Y1H)和双荧光素酶报告系统(Dual-Luc)证实GbTCP20与下游基因启动子的直接结合；通过组织化学染色和HPLC定量分析木质素含量。

【GbTCP20是核定位转录因子】
转录组分析发现GbTCP20在病原菌侵染后显著上调。亚细胞定位实验证实其具有典型的核定位特征，符合转录因子功能特征。系统进化分析显示该蛋白与拟南芥AtTCP20同源，属于Class I TCP亚家族。

【GbTCP20在抗黄萎病中起关键作用】
VIGS沉默实验表明，GbTCP20敲低株系病情指数显著升高，木质素含量下降35%。相反，在拟南芥中过表达该基因使植株对V.dahliae抗性提高2倍以上，证实其正向调控抗病性。

【双重防御机制解析】
分子机制研究发现：1) GbTCP20直接结合GbERF4启动子，激活ACC合成酶基因ACS2/ACS6表达，促进SA信号通路；2) 同时调控GbCOMT（咖啡酸-O-甲基转移酶）表达，使木质素含量提升40%。这种"化学防御-物理屏障"协同机制解释了海岛棉天然抗病性的分子基础。

该研究首次揭示TCP转录因子通过协调激素信号和细胞壁重构双重途径抵御维管束病害。特别值得注意的是，GbTCP20对ACC合成途径的精准调控，既利用了ACC的防御信号功能，又避免了乙烯过量积累的负面效应。这一发现不仅为理解植物-病原互作提供了新范式，更为设计"智能"抗病作物提供了分子模块——通过单一转录因子同时激活多防御层级的策略，比传统单一靶点育种更具应用前景。研究建立的GbTCP20-GbERF4/GbCOMT调控网络，可作为分子设计育种的核心元件，对棉花等经济作物的抗病改良具有重要指导价值。