近日，我院葡萄种质资源与遗传育种团队文颖强教授课题组在国际期刊Plant Physiology发表了题为“Transcription factors VviWRKY10 and VviWRKY30 co-regulate powdery mildew resistance in grapevine”的研究论文，该研究利用基因编辑技术创制了葡萄 wrky10 单突变体及 wrky10wrky30 双突变体，揭示了转录因子VviWRKY10、VviWRKY30相互抑制，在葡萄抵抗白粉菌侵染时发挥不同功能，为葡萄白粉病抗性育种提供了新材料。
葡萄是世界重要的水果之一，具有很高的经济价值。生产上广泛栽培的欧亚种葡萄其果实品质良好，但易遭受白粉菌的危害。前人研究表明，拟南芥转录因子AtWRKY18和AtWRKY40，作为功能冗余的负调控因子，在白粉菌侵染过程中具有重要作用，单独敲除一个对提高白粉菌抗性作用不甚明显，只有同时敲除2个，才能显著提高植物的抗病性。然而，作为 AtWRKY18 / 40 的同源基因，葡萄中 VviWRKY10 / 30 如何调控葡萄白粉病的抗性尚未见报道。
该研究利用CRISPR基因编辑技术，创制了葡萄 wrky10 单突变体和 wrky10wrky30 双突变体。接种葡萄白粉菌后， wrky10 单突变体产生了明显的细胞坏死，积累了大量胼胝质及过氧化氢，表现出很强的白粉病抗性；相较于 wrky10 单突变体， wrky10wrky30 双突变体细胞坏死、胼胝质及过氧化氢含量积累有所减少，抗性减弱，但依旧强于野生型。表明所创制的 wrky10 、 wrky10wrky30 突变体材料均提高了葡萄的白粉病抗性，但 VviWRKY10 、 VviWRKY30 基因的功能不同。
接种白粉菌后，突变体中SA、ET及ROS途径相关基因均受到不同程度的激活。进一步的DLUC、EMSA及ChIP-qPCR实验证明，VviWRKY10能够结合并抑制葡萄 EDS5-2 、 PR1 、 PR5 及 RBOHD2 基因的表达，从而抑制SA及ROS通路；VviWRKY30通过激活葡萄 ACS3 及 ACS3L 基因，促进ET通路；此外，VviWRKY10、VviWRKY30能够互相结合到对方的启动子上，相互抑制基因表达。因此，在野生型中，VviWRKY10、VviWRKY30相互制衡，导致葡萄易感白粉病；在 wrky10 单突变体中，SA、ET及ROS通路均被激活，葡萄表现很强的白粉病抗性；而在 wrky10wrky30 双突变体中，只有SA及ROS通路激活，葡萄较抗白粉病。
综上所述，不同于拟南芥AtWRKY18、AtWRKY40为功能冗余的白粉病负调控因子， VviWRKY10 作为负调控因子、 VviWRKY30 作为正调控因子参与葡萄响应白粉菌侵染过程。本研究为葡萄白粉病抗性育种创制了材料，也为其抗性机制研究提供了新思路。
本论文发表后， Plant Physiology期刊在同期发表了编辑点评文章：Grappling with grapevine guardians: Unraveling the dynamic dance of VviWRKY10 and VviWRKY30 in powdery mildew defense。该文积极评价了本研究结果，并指出VviWRKY10 和VviWRKY30不但对白粉病具有抗性作用，也可能对其他葡萄病害具有抵御作用；创制的这些突变体材料也将为今后研究葡萄抗病与生长的微妙平衡关系提供有价值的工具。
VviWRKY10、VviWRKY30调控葡萄白粉病抗性模式图
我院已毕业硕士研究生周敏和王洪艳为论文共同第一作者，文颖强教授为论文通讯作者。马里兰大学Shunyuan Xiao教授对本研究提出了宝贵意见。该研究得到了国家自然科学基金项目资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiae080
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