甜菜YUCCA基因家族调控叶斑病抗性与叶片再生的分子机制及其对产量与糖分积累的影响

本研究通过基因组学与转录组学分析，首次在甜菜(Beta vulgaris L.)中鉴定出9个YUCCA基因家族成员，揭示其通过吲哚-3-丙酮酸(IPyA)通路调控生长素(IAA)生物合成，影响甜菜叶斑病(CLS)抗性品种的叶片再生与糖分积累。研究发现两个关键BvYUCCA基因在病原菌(C. beticola)侵染后显著差异表达，且抗病品种呈现"高糖低产"、感病品种呈现"高产低糖"的典型性状，为甜菜抗病育种和产量-品质平衡提供了新靶点。

　　

Highlight

实验室实验

选用高感CLS品种KWS4502与高抗品种81GM241，设置对照组和感染前、中、后期三阶段实验组。在三对真叶期采用喷雾法接种C. beticola，前期特征为无病斑但气孔开启，中期出现2-3mm褐色病斑，后期病斑融合导致叶片枯死。通过表型观察和分子检测验证侵染进程。

甜菜YUCCA基因的鉴定、序列与系统进化分析

通过同源分析从甜菜基因组鉴定出9个BvYUCCA基因。基于甜菜(9个)、拟南芥(11个)、水稻(14个)和蒺藜苜蓿(14个)YUCCA蛋白序列构建系统进化树(图3A)，将基因划分为6个进化枝。进化枝Ⅰ包含最多BvYUCCA基因，进化枝Ⅳ次之，其他进化枝分布较分散。

讨论

自生长素被发现以来，其作为植物生长发育调控因子的地位已被确立。YUCCA基因家族蛋白是植物中首个被鉴定的黄素单加氧酶(FMO)家族，参与生长素(IAA)生物合成并调控植物生长、发育和胁迫响应。该基因家族最初从拟南芥突变体中筛选获得，后在多种植物中被克隆。研究表明，YUCCA基因与生长素合成密切相关——例如拟南芥YUC1过表达会导致IAA含量异常升高，而水稻OsYUC11突变体则表现出发育迟缓。本研究发现甜菜BvYUCCA3和BvYUCCA7在CLS感染后表达显著上调，暗示其可能通过IPyA通路调控IAA合成以促进叶片再生。

结论

目前关于植物YUCCA基因在生物胁迫中的全基因组水平研究较少。本研究通过生物信息学全面鉴定了甜菜YUCCA基因家族9个成员，结合转录组测序发现两个在CLS感染前后差异表达的候选基因。田间试验证实抗病品种具有更高糖分但较低产量，而感病品种反之，这种"产量-品质"权衡现象与YUCCA基因表达模式高度相关。该研究为解析生长素介导的甜菜抗病机制提供了新见解，并为培育高产高糖品种提供了分子靶点。