红甜菜BvHP4b基因调控块根膨大并增强对Pst DC3000抗性的分子机制研究

本研究针对红甜菜块根发育与抗病性调控的关键科学问题，通过克隆BvHP4b基因并构建过表达/敲除株系，揭示了该基因通过调控细胞分裂周期蛋白BvCDC2和SA信号通路，协同促进块根膨大与病原菌抗性的双重功能。研究人员利用CRISPR/Cas9基因编辑、酵母双杂交（Y2H）和双分子荧光互补（BiFC）等技术，证实BvHP4b与BvCDC2的互作关系，为作物抗病育种和产量提升提供了新靶点。该成果发表于《BMC Genomics》，对理解植物激素交叉调控网络具有重要理论价值。

　　

植物在生长过程中面临着发育与抗病性的平衡难题。红甜菜作为重要的经济作物，其块根膨大程度直接影响产量，而由Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000（Pst DC3000）引起的病害则严重威胁作物健康。传统育种中，抗病性与产量往往呈负相关，如何打破这种"此消彼长"的关系成为研究热点。组氨酸磷酸转移蛋白（Histidine phosphotransferase, HP）作为细胞分裂素信号转导的关键元件，可能在这一平衡中扮演重要角色，但其在红甜菜中的具体功能尚不明确。

郑州大学生命科学学院和农业科学院的研究团队通过系统分析红甜菜HP基因家族，发现BvHP4b在6-苄氨基嘌呤（6-BA）处理下表达显著上调。为解析其功能，研究人员构建了BvHP4b过表达（BvHP4b-OX）和CRISPR/Cas9敲除（bvhp4b-KO）的红甜菜株系，同时制备了异源表达BvHP4b的拟南芥转基因株系（BvHP4b-OE）。关键技术包括：基于Gateway技术的载体构建、农杆菌介导的遗传转化、亚细胞定位观察、酵母双杂交验证蛋白互作，以及病原菌接种实验等。

BvHP4b促进植物生长发育

过表达株系表现出显著的生长优势：拟南芥BvHP4b-OE的主根长度增加27.6%，侧根数量增加126.6%；红甜菜BvHP4b-OX的块根鲜重显著增加。qRT-PCR显示，细胞壁合成相关基因BvXTH33（木葡聚糖内转糖基酶）和BvCESA6（纤维素合酶）表达上调，而BvCEL1（纤维素酶）表达下降，表明BvHP4b通过重塑细胞壁结构促进细胞扩张。

BvHP4b增强病原菌抗性

接种Pst DC3000后，BvHP4b-OE拟南芥的病斑面积较野生型减少44.28%，而敲除株系（athp4b）的感病性增强85.88%。抗病相关指标显示：SA含量在过表达株系中显著积累；水杨酸信号通路关键基因NPR1和PRs（PR1/PR4/PR5）表达上调。这表明BvHP4b通过激活SA依赖性免疫反应增强抗性。

分子互作机制解析

亚细胞定位证实BvHP4b定位于细胞膜。通过STRING数据库预测和ZDOCK评分（-645.231 kcal/mol），发现BvHP4b与细胞分裂周期蛋白BvCDC2存在强相互作用。Y2H和BiFC实验验证了二者在体内外的直接互作，揭示BvHP4b可能通过调控CDC2影响细胞周期进程。

该研究首次阐明BvHP4b通过双重机制协调红甜菜发育与免疫：一方面通过调控细胞壁合成基因（BvXTH33/BvCESA6）促进块根膨大；另一方面激活SA信号通路（NPR1-PRs）增强抗病性。特别重要的是，发现BvHP4b与BvCDC2的互作关系，为理解细胞分裂素信号与细胞周期调控的交叉对话提供了新视角。这些发现不仅为作物"高产抗病"育种提供了分子靶点，也为植物激素信号网络的解析提供了理论依据。研究采用的基因编辑与多组学分析策略，为其他作物的性状改良研究提供了方法学参考。