桃蚜是全球最具破壞性的韌皮部害蟲之一，也是桃產(chǎn)業(yè)中的重大害蟲，能傳播數(shù)百種病毒，造成重大經(jīng)濟損失，威脅桃產(chǎn)業(yè)安全生產(chǎn)。目前生產(chǎn)中抗蚜品種嚴重匱乏，培育抗蚜品種是防治桃蚜最經(jīng)濟有效、綠色環(huán)保的途徑之一。山桃 (Prunus davidiana) 是桃亞屬中對桃蚜抗性最強的種質(zhì)資源，在抗蚜育種中具有廣闊的應(yīng)用前景。

JIPB近日在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學院鄭州果樹研究所王力榮課題組題為“Haplotype-resolved genome of a heterozygous wild peach reveals the PdaWRKY4-PdaCYP716A1module mediates resistance to aphids by regulating betulin biosynthesis”的研究論文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13782)，該研究揭示了PdaWRKY4通過促進PdaCYP716A1介導的抗蚜代謝物樺木醇的生物合成來增強山桃抗蚜的機制。

山桃作為桃的野生近緣種，具有抗蚜蟲、抗白粉病、耐寒、耐鹽堿等優(yōu)異性狀。由于山桃基因組高度雜合 (1.12%)，本研究利用Pacbio測序技術(shù)獲得的Hifi reads和染色質(zhì)構(gòu)象捕捉技術(shù)獲得的HiC reads，構(gòu)建了含有Pda_hap1和Pda_hap2兩個單倍型的山桃高質(zhì)量單倍型基因組 (圖1)。通過RNA-seq發(fā)現(xiàn)在不同組織中存在等位基因差異表達，這些差異表達的等位基因富集在與抗性相關(guān)的通路上，可能與山桃多種優(yōu)良抗性相關(guān)。

圖1. ‘帚形山桃1’單倍型基因組特征

結(jié)合單倍型基因組和群體分析，在山桃3號染色體末端鑒定到抗蚜的主效基因PdaWRKY4 (圖2)。在抗蚜單株P(guān)daWRKY4的啟動子上有9 bp的缺失。通過酵母單雜篩庫，篩選到PdaRAP2.12和PdaGAF1兩個候選蛋白與PdaWRKY4的S型 (沒有9 bp缺失) 啟動子結(jié)合。此外，微量熱泳動 (MST) 和雙熒光素酶 (Dual-LUC) 試驗表明PdaRAP2.12和PdaGAF1能夠結(jié)合并抑制S型啟動子。因此，PdaWRKY4啟動子上的9 bp缺失導致兩個抑制子 (PdaRAP2.12和PdaGAF1) 的結(jié)合位點丟失，從而增強PdaWRKY4的表達。

圖2. ‘帚形山桃1’抗蚜位點確定

通過DAP-seq發(fā)現(xiàn)，PdaWRKY4靶向樺木醇合成關(guān)鍵基因PdaCYP716A1。通過酵母單雜 (Y1H)、Dual-LUC和MST證實了PdaWRKY4對PdaCYP716A1的調(diào)控作用。另外，通過構(gòu)建擬南芥過表達株系、VIGS和瞬時過表達試驗，揭示了PdaWRKY4通過促進PdaCYP716A1的表達，提高樺木醇的含量，從而增強山桃的抗蚜能力 (圖3)。

圖3. PdaWRKY4-PdaCYP716A1模塊調(diào)控山桃抗蚜模式圖

團隊已畢業(yè)博士生王君秀 (現(xiàn)西南大學博士后)、鄭州果樹所李勇副研究員和王新衛(wèi)副研究員為該論文的第一作者，王力榮研究員為通訊作者。該論文得到了國家重點研發(fā)項目 (2023YFE0105400)、中國農(nóng)業(yè)科學院青年創(chuàng)新專項 (Y2022QC23)、中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程 (CAAS-ASTIP-2023-ZFRI-01)、作物種質(zhì)資源保護項目 (2016NWB041) 和河南省優(yōu)秀青年基金 (232300421042) 等的資助。

文章引用：

Wang, J. X., Li, Y., Wang, X. W., Cao, K., Chen, C. W., Wu, J. L., Fang, W. C., Zhu, G. R., Chen, X. J., Guo, D. D. et al.(2024). Haplotype-resolved genome of a heterozygous wild peach reveals the PdaWRKY4-PdaCYP716A1 module mediates resistance to aphids by regulating betulin biosynthesis. https://doi.org/10.1111/jipb.13782