近日，太阳成集团tyc33455李天忠/张秋雷团队在 New Phytologist发表了题为“Promoter Methylation of MdRNS3a Contributes to AlternariaLeaf Spot Resistance in Apple (Malus × domestica)”的研究成果。该研究揭示了一种由DNA甲基化介导的苹果抗病新机制：抗病品种通过维持MdRNS3a启动子甲基化状态，阻断致病相关tsRNA的产生，从而维持免疫基因MdTIR-1的表达水平并增强植株抗病性。研究进一步提出，MdRNS3a启动子甲基化位点可作为苹果抗斑点落叶病的重要分子标记，为抗病资源筛选与分子育种提供了新的理论依据与应用模型。

苹果是全球最重要的落叶果树之一。根据联合国粮食及农业组织（FAO）统计，2024年全球苹果种植面积达468.5万公顷，总产量为9788.0万吨。然而，多种病害长期制约着苹果产业的稳定高产，其中由链格孢苹果专化型（Alternaria alternata f. sp. mali）引发的苹果斑点落叶病尤为严重。病原菌侵染后，叶片迅速形成褐色至黑色坏死斑，并伴随提前落叶，导致树体光合作用能力下降、生长势减弱，最终影响果实产量与品质。在病害严重年份，该病甚至可造成果园30%–50%的产量损失。

在真菌侵染苹果树的过程中，病原体通常分泌毒素、效应因子等，而植物宿主则相应积累small RNAs，包括microRNAs (miRNAs)、hairpin RNAs、non-coding RNAs等。这些small RNAs能够通过RNA沉默途径调控免疫相关基因表达，但其在苹果抗链格孢菌过程中的具体功能与调控机制仍不清楚。

为解析这一问题，研究团队以苹果感病品种“金冠”、抗病品种“寒富”及“寒富×蜜脆”杂交群体中的抗病（10-28、10-92）与感病（9-118、10-69）后代为材料，对接种链格孢菌株ALT1后24小时叶片进行高通量small RNA测序分析，最终成功鉴定出一个受ALT1强烈诱导的新型5'tRNA的small RNA（5'tsRNA），并命名为tsRVal。功能分析表明，tsRVal并非病原侵染后的被动产物，而是参与苹果感病调控的重要因子。tsRVal能够负向调控免疫相关基因MdTIR-1的表达，从而削弱苹果对ALT1的抗性。（图1）

图1.苹果中ALT1诱导的新型tsRVal鉴定

进一步研究发现，tsRVal来源于核糖核酸酶T2家族成员MdRNS3a对tRNA的特异性剪切。MdRNS3a介导产生的tsRVal随后与AGO1结合，通过RNA沉默途径抑制MdTIR-1表达，最终促进病害发生（图2）。

图2.MdRNS3a介导tsRVal生成并调控苹果抗病性

更为关键的是，研究进一步揭示了苹果抗病与感病差异背后的表观遗传调控机制。研究发现，MdRNS3a启动子区域的DNA甲基化水平在抗病与感病品种之间存在显著差异。其中，转录因子MdbHLH3能够结合MdRNS3a启动子并激活其表达，但这一过程受到启动子甲基化状态的直接影响。在感病品种中，ALT1侵染导致Region 1区域发生去甲基化，促使MdbHLH3结合并激活MdRNS3a表达，随后促进tsRVal大量生成，抑制靶基因MdTIR-1的表达，最终导致植株感病性增强。相反，在抗病品种中，ALT1侵染后启动子区域维持甲基化状态，阻碍了MdbHLH3的结合，从而抑制MdRNS3a的激活及tsRVal的产生，维持MdTIR-1的正常表达水平，最终赋予植株抗病性。上述结果表明，苹果抗病性的关键并不只是激活免疫基因，MdRNS3a启动子DNA甲基化可作为区分苹果品种对链格孢叶斑病抗性与感病性的分子标记，并为苹果抗病育种提供了新的理论模型（图3）。

图3. MdRNS3a启动子甲基化调控苹果抗斑点落叶病的分子模型

综上所述，MdRNS3a启动子甲基化状态可作为区分苹果抗病与感病品种的重要分子标记，为苹果抗病资源快速筛选与分子设计育种提供了新的技术路径。与此同时，该研究也首次在苹果中建立起“DNA甲基化—RNase—tsRNA—免疫基因”之间的完整调控链条，拓展了人们对表观遗传调控small RNA介导植物免疫机制的认识。

该研究由太阳成集团tyc33455cc李天忠/张秋雷团队完成，张秋雷副教授为论文第一作者，李天忠教授为论文通讯作者，在读博士生郭青青、唐金琦和硕士生赵晓琨共同参与研究。该研究得到国家重点研发计划（2022YFF1003102）、国家自然科学基金（32272640和32341040）等项目资助。

供图、供稿：李天忠/张秋雷课题组

编辑：张月夕 蒋晓彤

审核：付国强