综述：棉花对黄萎病（大丽轮枝菌）抗性机制的研究进展

《Functional & Integrative Genomics》：Resistance mechanism of cotton (Gossypium hirsutum) against verticilum wilt (Verticillium dahlia); A review

本综述系统梳理了棉花应对大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）侵染的多层次防御机制，重点阐述了其依赖的预存防御结构（如角质层合成、酚类物质）及生理生化反应（如抑制活性氧（ROS）积累、诱导系统获得抗性（SAR））。文章强调了通过遗传与分子工程手段靶向关键防御通路（如V. dahliae互作机制）以增强棉花抗病性的潜力，为抗黄萎病（Verticillium wilt）棉花品种的选育提供了重要理论依据。

　　

Abstract

大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）是一种土传病原体，对棉花生产构成威胁，导致萎蔫和品质问题。虽然在理解棉花与V. dahliae相互作用方面已取得进展，但棉花防御机制的许多分子方面仍不清楚。棉花主要依赖预存的防御结构，包括角质层合成和酚类化合物产生，以及生理和生化反应。当前的防御策略涉及防止活性氧（ROS）积累和诱导系统获得抗性（SAR）。本研究强调了这些机制的重要性，并指出了利用遗传和分子工程增强棉花对黄萎病抗性的潜力，为未来培育抗逆棉花品种提供了见解。

棉花与黄萎病的相互作用概述

黄萎病是由大丽轮枝菌引起的严重病害，严重影响棉花（Gossypium hirsutum）的产量和纤维品质。作为一种土传病原体，V. dahliae能够通过根系侵入棉花植株，并在维管束系统中定殖，导致水分运输受阻、叶片萎蔫甚至植株死亡。尽管对棉花-病原体互作的研究已有长足进步，但其分子层面的防御机制，特别是信号转导通路和关键靶点基因的功能，仍存在大量未知领域。棉花抗病性不仅依赖于诱导的免疫反应，更与其固有的结构屏障和代谢产物密切相关。

预存防御结构的关键作用

棉花的先天免疫机制首先体现在其预存的物理和化学屏障上。角质层作为植物表皮的重要组成部分，在抵抗V. dahliae侵入过程中扮演第一道防线。其合成相关基因的表达增强能够有效延缓病原菌的穿透。此外，棉花体内积累的酚类化合物（如单宁、类黄酮）具有直接的抗菌活性，能够抑制病原菌菌丝生长和孢子萌发。这些预存防御机制为棉花提供了基础水平的抗性，是品种抗病性差异的重要决定因素。

生理生化防御反应

在病原菌侵染后，棉花激活一系列生理生化反应以限制病害发展。活性氧（ROS）的爆发是早期防御信号之一，但过量的ROS积累会对植物细胞造成氧化损伤。因此，棉花通过增强抗氧化酶系统（如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT））的活性来维持ROS稳态，避免自身组织受损。同时，系统获得抗性（SAR）的诱导是另一关键策略，其涉及水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）等信号分子的交叉对话，从而激活远端组织的广谱抗性。

遗传与分子工程的应用前景

针对棉花抗黄萎病机制的深入研究为遗传改良提供了分子靶点。通过基因编辑（如CRISPR/Cas9技术）或转基因方法，调控关键防御通路中的核心基因（例如参与角质层生物合成、SAR信号传导或酚类代谢的基因），有望显著提升棉花的抗病性。分子标记辅助选择（MAS）则加速了抗病品种的选育进程。未来研究需聚焦于解析棉花与V. dahliae互作的精细网络，鉴定抗性（R）基因和病原体效应子靶标，为设计持久抗病策略奠定基础。

结论与展望

棉花对大丽轮枝菌的抗性是一个由结构屏障、代谢产物和诱导免疫反应共同构成的复杂体系。深入阐明其分子机制，特别是关键靶点与通路（如ROS调控网络、SAR激活途径）的相互作用，对于开发新型抗病品种至关重要。整合遗传学、分子生物学和育种学手段，将有望突破当前棉花黄萎病防治的瓶颈，推动棉花产业的可持续发展。