西府海棠MmMYB30调控微丝切割蛋白MmADF3抵御白粉病分子机制研究

20250124

农、林、牧、渔业

本科技成果围绕西府海棠抗病机制展开深入研究，在多个关键环节取得了显著进展，整体技术成熟度较高。从病原菌的分离鉴定到基因功能验证，再到代谢物作用机制的解析，均经过严谨的实验论证。在基因功能方面，确定了肌动蛋白解聚因子ADF的微丝切割作用；明确了 MmMYB30对 MmADF的转录激活以及非编码lncRNA809对MmNAC17的转录调控，且过表达MmMYB30、MmADF、MmNAC17、lncRNA809使西府海棠抗病性增强，病斑面积减小约 30%-50%。在代谢物功能方面，发现 50mM糖醇处理西府海棠以及其他木本经济植物，均能显著增强植株抗病性。初生代谢物糖醇处理组叶片病斑比例较未处理感染组降低约 40%，细胞膜透性在侵染第四天比未处理感染组低20%-30%，Ca????内流增加约 30%-40%。儿茶素作为西府海棠关键黄酮物质，其10mg/L 浓度下可使真菌扩张直径减少约 23%，孢子数量和萌发率显著降低。其他黄酮物质如染料木素、染料木苷、芹菜素等也显示在植物非生物胁迫中发挥显著作用。在纳米技术应用方面，制备的 SPc 纳米颗粒包裹的 lncRNA809 复合物，显著提升西府海棠抗病能力。接种病原菌后，使用复合物处理的叶片病斑面积比对照组减小约45%，细胞膜通透性降低约 35%，Ca????内流增强约50%。目前该成果处于实验室向实际应用转化的关键阶段。实验室研究成果丰富且可靠，已明确抗病分子机制及相关技术有效性，但尚未大规模应用于农业生产和园林实践。具备开展小规模田间试验的基础，可进一步优化技术参数，验证在自然环境下的效果，为产业化推广做准备。

资金需求：成果转化前期，需要合作方提供约 200-500 万元资金。其中100-200 万元用于搭建田间试验场地、购置实验材料、支付人工费用等，确保田间试验顺利开展；50-100万元用于购置先进分子生物学和植物栽培检测设备，完善实验条件；50-200 万元用于产品研发、中试生产及市场调研，推动成果从实验室走向市场。 场地需求：合作方需提供 5-10 亩适合开展田间试验的土地，具备灌溉、排水和防护设施，满足不同处理组和重复实验需求。若涉及生产，需提供面积约 1000-3000 平方米的标准化厂房，具备良好通风、温控和洁净条件，用于纳米颗粒和生物调节剂的生产。 设备需求：需要合作方配备先进的分子生物学实验设备，如荧光定量 PCR 仪、基因测序仪等，用于深入研究和质量检测。具备植物栽培和病害防治设备，如温室栽培系统、喷雾设备等，满足田间试验和生产需求。还需拥有高效液相色谱仪、气质联用仪等检测设备，用于代谢物和产品质量分析。 人员需求：配备熟练技术操作人员，进行田间试验操作、设备维护和生产流程控制。同时需要市场营销和推广人员，负责产品市场开拓、宣传和销售工作。

可国（境）内外转让

经济效益：在经济植物育种领域，利用该成果培育的高抗病西府海棠及其他园林植物新品种，市场竞争力强。预期新品种苗木价格较普通苗木提高 30%-50%。在生物调节剂和纳米药剂市场，产品投入使用后，按每亩使用成本较传统化学农药降低30%计算，若推广应用10万亩，每年可为农户节省成本300万元。随着市场拓展，产品利润将持续增长，为合作方带来可观经济效益。 社会效益：成果转化可大幅减少化学农药使用，降低环境污染，保护生态平衡，保障农林产品安全。在城市绿化方面，提高西府海棠抗病性，可减少叶片病害，提升城市景观效果，改善居民生活环境。在农业生产中，为农户提供有效病害防治手段，保障作物产量和质量，促进农业可持续发展，社会效益显著。

北京市自然科学基金面上项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

本科技成果来源于北京市自然科学基金资助的面上项目 “西府海棠 MmMYB30 调控微丝切割蛋白 MmADF3 抵御白粉病分子机制研究”。项目聚焦西府海棠白粉病防治难题，旨在从分子层面解析其抗病机制，为培育高抗病品种及开发绿色防控技术提供支撑。 项目综合运用多种技术手段，揭示了西府海棠抗病过程中复杂的分子调控网络，其技术原理如下：通过对西府海棠白粉病菌的分离鉴定，明确病原菌种类。运用基因家族分析、转录因子功能鉴定、组学测序等技术，研究发现肌动蛋白微丝解聚因子ADF 家族在西府海棠抵御白粉病中发挥重要作用。MmADF主要在微丝切割中起关键作用，且 MmMYB30 可通过转录激活 MmADF增强植株抗病性。研究还发现初生代谢物糖醇和次生代谢物黄酮类物质在调控植物抗病性方面具有重要意义。初生代谢物山梨糖醇能显著增强西府海棠抗性，其机制是通过调控黄酮类物质合成来抵御病原菌入侵，特别是儿茶素，作为糖醇诱导的关键黄酮物质，对病原菌有显著抑制作用。进一步研究表明，初生代谢物糖醇处理可上调与黄酮合成相关的基因表达，其中MmNAC17 转录因子通过激活 MmF3H 和 MmLAR 的转录促进儿茶素积累，从而增强植物抗病性。此外，lncRNA809 在初生代谢与次生代谢级联反应中起桥梁作用，其主要通过调控MmNAC17的表达影响儿茶素合成。 在关键性技术指标方面，项目取得了一系列重要成果：成功分离和鉴定了西府海棠白粉病的病原菌，为病害精准防治提供了基础。全面分析了西府海棠 MmADF 基因家族，明确了家族成员的结构、功能及进化关系，筛选出在抗病过程中起关键作用的成员。深入研究了 MmMYB30 对 MmADF基因的调控机制，验证了二者之间的转录激活关系，以及这种调控对西府海棠抗病性的影响。详细解析了初生代谢物糖醇和次生代谢物黄酮类物质在抗病过程中的作用及相互关系，确定了关键代谢物（如山梨糖醇、儿茶素）和关键基因（如 MmNAC17、MmF3H、MmLAR），并明确了它们的调控路径。开发了 SPc 纳米颗粒包裹的lncRNA809复合物，显著增强了西府海棠的抗病性，为纳米技术在植物病害防治中的应用提供了新方向。 该成果在多个领域展现出广阔的应用前景：在园林植物育种方面，为西府海棠及其他园林植物的抗病育种提供了理论依据和关键基因资源。育种工作者可利用这些成果，通过基因工程等手段培育具有高抗病性的新品种，减少化学农药的使用，降低环境污染，提高园林植物的观赏价值和生态效益。在植物病害绿色防控技术开发方面，基于对初生代谢物和次生代谢物抗病机制的研究，可开发以植物源代谢物为原料的生物调节剂或纳米药剂。目前，基于黄酮信号理论且通过大量的实验和实践，开发了一系列广泛应用于经济林果的栽培技术和辅助产品，包括催枝剂、稳定结实生长调控剂以及促进生根的菌肽结合剂类产品等，在重庆、内蒙古、青海、山东、新疆等地区小规模应用，提高了当地葡萄、杏、树莓、枸杞等林果的经济收益。该技术成果为开发高效、环保的植物病害防控产品提供了新途径，有助于推动农业和园林领域的绿色可持续发展。在基础植物学研究领域，本成果揭示的初生代谢与次生代谢之间的级联调控关系，以及微丝切割蛋白、转录因子、lncRNA 等在植物抗病中的作用机制，丰富了植物防御理论，为进一步研究植物与病原菌的相互作用提供了重要参考，有助于推动植物学基础研究的深入发展。