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植物表皮毛是植物地上部分的特化表皮细胞，是植物与环境之间的第一道屏障，在抵御生物和非生物胁迫中发挥着不可忽视的作用。黄瓜作为最为重要的园艺作物之一，其生产上经常遭受蚜虫(Aphis gossypii Glover) 等的为害，严重制约了黄瓜的生产力和产品质量安全。尽管已有大量报道认为表皮毛具有抗蚜能力，但迄今尚无证据表明控制表皮毛发育的基因直接参与植物对蚜虫的抗性。
近日，中国农业大学园艺学院任华中教授、刘兴旺副教授团队在综合期性刊Journal of Advanced Research（IF5y=11.4）发表了题为The CsTM alters multicellular trichome morphology and enhances resistance against aphid by interacting with CsTIP1;1 in cucumber的研究论文，揭示了黄瓜类受体激酶基因Trichome morphology (CsTM) 调控表皮毛形态发育及抗蚜的分子机制。
该研究发现近等基因系3541（mutant）和3542（WT）的表皮毛形态存在显著差异，且突变体3541更易遭蚜虫取食。利用体式显微镜和扫描电镜详细观察了各部位的表皮毛形态特征。通过分析6102-7、3407和3542共计3种表皮毛正常材料为亲本构建的BC1和F2群体，证实了该性状是由单基因控制的隐性性状。图位克隆结合精细定位显示候选基因为Csa1G056960，编码C型凝集素类受体激酶，命名为CsTM。构建敲除突变体发现植株全身表皮毛发育受阻，近似无毛，同时现存的表皮毛形态亦发生显著变化。
值得一提的是，自然突变体3541中的tm基因并非功能丧失型突变，而是缺失第一段外显子，该外显子编码信号肽。亚细胞定位结果显示野生TM蛋白能够精准定位在细胞膜，而缺失信号肽的tm蛋白则同时在细胞核和细胞膜表达。在烟草中分别表达TM和tm后，WB结果表明细胞膜上的蛋白含量存在显著差异，由此从分子层面解释了3541的突变机理。
此外，利用膜酵母文库筛选到了水通道蛋白基因CsTIP1;1能够在蛋白水平和TM相互作用并被磷酸化修饰。沉默CsTM和CsTIP1;1不仅可影响表皮毛形态发育，还能降低细胞内的H2O2含量。胞内H2O2含量的多少暗示了诱导分子免疫的强度，从而揭示了激酶TM和水通道蛋白TIP1;1的抗蚜机理。
综上，该研究首次报道了类受体激酶CsTM通过调控表皮毛形态发育并进而影响了植物抗蚜能力的分子机制，丰富了表皮毛发育调控网络，为黄瓜表皮毛的发生和抗蚜种质资源培育提供了一个全新的视角。
中国农业大学园艺学院在读博士生杨松林、已毕业博士生薛舒丹为本论文共同第一作者，中国农业大学园艺学院任华中教授、刘兴旺副教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、三亚市崖州湾科技项目、中国农业大学—阿克苏地区农业科技创新专项资金等的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jare.2024.04.008
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