大豆GmPRL1b-GmST2-GmAOC3/4模块通过诱导茉莉酸生物合成赋予盐胁迫和灰霉病双重抗性的分子机制

这篇研究揭示了大豆NAC转录因子GmST2通过直接激活茉莉酸（JA）合成关键基因GmAOC3/4的启动子，协同WD40蛋白GmPRL1b形成调控模块，在盐胁迫（200 mM NaCl）和灰霉病（Botrytis cinerea）感染下显著提升JA积累（p<0.05），实现生长与抗逆协同调控。该发现突破了传统抗性基因抑制生长的瓶颈，为作物多抗育种提供了新靶点。

　　

1 引言

作物面临盐害和病原菌的双重威胁，大豆（Glycine max）因盐渍化减产超40%，灰霉病（B. cinerea）导致15%产量损失。传统抗性基因常伴随生长抑制，而NAC转录因子家族虽参与胁迫响应，但罕见能同时增强非生物/生物抗性且促进生长的成员。茉莉酸（JA）作为核心调控分子，其生物合成关键基因（LOX/AOS/AOC/OPR）的精准调控成为突破点。

2 结果

2.1 GmST2多重功能验证

过表达株系（GmST2-OE）在200 mM NaCl处理5天后，光系统II效率（ΦPSII）仅降低18%（p<0.01），而野生型（WT）下降达42%。田间试验显示，盐渍土壤（0.25%盐分）中OE株系单株产量提高37%（p<0.001）。CRISPR突变体（gmst2 gmst2h）接种灰霉病3天后病斑面积扩大2.3倍（p<0.0001），证实GmST2兼具盐害和病原抗性。

2.3 JA通路激活机制

RNA-seq分析发现OE株系中JA合成通路基因（GmAOC3/4等）显著上调（log₂FC>2）。EMSA和ChIP-qPCR证实GmST2直接结合GmAOC3启动子的"CGTG" motif（p<0.05），双荧光素酶报告系统显示结合使转录活性提升4.7倍（p<0.001）。JA含量测定显示OE根部JA积累量达WT的2.1倍（p<0.01），而DIECA（JA合成抑制剂）处理完全消除抗盐表型。

2.6 GmPRL1b的调控作用

酵母双杂交（Y2H）筛选出WD40蛋白GmPRL1b，双分子荧光互补（BiFC）显示其与GmST2在核内互作。免疫共沉淀（Co-IP）证明GmPRL1b使GmST2蛋白稳定性提高2.8倍（p<0.01），但对其mRNA无影响。遗传分析表明GmPRL1b位于GmST2上游，共表达时JA标记基因GmPR1表达量提升3.4倍（p<0.001）。

2.9 优异单倍型挖掘

对571份大豆种质分析发现，Hap1单倍型（含非同义SNP^Pro152Leu）在盐渍地中株高和产量显著优于Hap2（p<0.0001）。酵母单杂交显示Hap1变体转录激活活性增强68%（p<0.01），且与GmPRL1b协同效应更显著。

3 讨论

该研究首次解析了GmPRL1b-GmST2-GmAOC3/4模块通过JA累积协调双重抗性的机制：盐害/病原信号诱导GmST2表达→直接激活GmAOCs启动子→JA合成增加→激活PR1等防御基因。不同于拟南芥同源基因ATAF1的抗性-生长权衡，GmST2通过GmPRL1b介导的蛋白稳态调控实现多效性，其优异单倍型Hap1为分子设计育种提供直接靶标。

4 材料与方法

实验采用农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）介导的大豆毛根转化体系，盐处理浓度梯度（125-200 mM NaCl），灰霉病孢子接种量10⁶ spores/mL。JA检测采用LC-MS/MS（AB Sciex 6500），启动子活性通过pGreenII 0800-LUC系统评估。统计采用GraphPad Prism 8.0，多重比较使用Tukey检验（α=0.05）。