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柑橘转基因中三病原物诱导启动子对溃疡病菌及创伤的表达响应探究

一、引言

1.1研究背景与意义

柑橘作为世界第一大类水果，是全球最重要的经济作物之一。2022年，全球柑橘种植面积达1055.29万公顷，产量高达16630.34万吨。在我国，柑橘产业更是南方农村和长江上中游地区农民增收致富、推动乡村振兴的支柱型产业。截至2022年底，我国柑橘种植面积为2995.81千公顷，产量达到6003.89万吨，占全国水果产量和面积的19.18%、23.03%，在全球柑橘产量和面积中占比分别为36.10%、28.75%，均位居首位。其不仅创造了大量就业岗位，还通过产业链延伸和产业结构升级，有力带动了区域经济发展。同时，随着农业供给侧结构性改革的推进，我国柑橘产品质量不断提升，产区特色和品牌价值进一步彰显。在国家“一带一路”建设的推动下，中国柑橘产业在国际市场的竞争力持续增强，实现了从弱小到强大的转变。

然而，柑橘产业在发展过程中也面临着诸多挑战。其中，柑橘溃疡病作为一种世界性的重要病害，给柑橘生产带来了严重威胁。柑橘溃疡病由地毯黄单胞杆菌引起，主要侵害叶片、枝梢、果实和萼片。植株一旦染病，会出现落叶、落果现象，树势也会随之衰弱，果实品质下降，严重时甚至导致整株枯死。在我国，除四川大部分和贵州部分地区外，其他柑橘产区均有不同程度的发病情况，发病果园损失率通常在10-20%，严重的可达30%以上。尤其是在25-30℃的条件下，雨量与发病呈正相关，每次新梢生长都会迎来一个发病高峰，夏梢和秋梢发病情况更为严重。目前，针对柑橘溃疡病主要采取以预防为主，栽培防治和药剂防治相结合的综合防治措施。但长期大量使用化学药剂，不仅导致农药残留、环境污染等问题，还使得病原菌产生耐药性，严重阻碍了柑橘产业的健康绿色发展。

在植物抗病基因工程育种中，启动子起着至关重要的作用。启动子是一段位于基因编码区上游的DNA序列，它能与RNA聚合酶及其他转录因子相互作用，从而启动基因的转录过程，对基因的表达时间、表达水平以及表达部位进行精准调控。目前，常用的启动子包括组成型启动子、组织特异型启动子和诱导型启动子。组成型启动子如CaMV35S，可调控抗性基因（如抗菌肽、病程相关蛋白、R-gene）持续表达，在植物抗病基因工程育种中应用广泛。然而，功能基因的组成型表达存在明显弊端，往往会产生大量异源蛋白质或次生代谢产物，打破植物体内原有的代谢平衡，进而影响植物的正常生长发育，导致植物出现品质下降、减产甚至畸形发育等问题。例如，在一些转基因植物中，由于抗性基因的持续高表达，使得植物在未受到病原菌侵染时，也将大量的能量和物质用于合成抗性相关物质，从而影响了植物对其他重要生理过程的投入，最终导致产量降低和品质变劣。

相比之下，诱导型启动子在植物抗病基因工程中具有独特优势。病原物诱导启动子作为诱导型启动子的一种，能够感知外界病原物的侵染信号，在受到病原物诱导时，迅速启动下游抗病基因的表达，使植物及时产生防御反应。当植物未受到病原物侵染时，该启动子处于沉默状态，避免了基因的不必要表达，减少了对植物生长发育的负面影响。这种特性使得植物在应对病害时，能够精准地调动防御机制，既有效抵抗病害，又能保证在正常生长环境下的生长和发育不受过多干扰。因此，深入研究病原物诱导启动子，对于培育具有高效抗病能力且生长发育不受影响的柑橘品种具有重要意义。它为解决柑橘溃疡病等病害问题提供了新的思路和方法，有望在减少化学药剂使用的同时，保障柑橘产业的可持续发展，对于提高柑橘产量和品质、增加果农收入以及保护生态环境都具有深远的意义。

1.2国内外研究现状

柑橘溃疡病作为一种严重威胁柑橘产业的世界性病害，一直是国内外研究的重点。国外方面，美国佛罗里达大学在柑橘溃疡病研究领域取得了一系列重要成果。2023年7月5日，该校在《自然通讯》期刊在线发表研究成果，利用Cas12a/crRNARNP转化原生质体，在10个月内成功得到了T0代非转基因抗溃疡病柑橘品系，突变植株中双等位基因/纯合突变率高达97.4%，并且未检测到脱靶突变，为控制柑橘溃疡病提供了一种可持续、有效的解决方案，也为柑橘和其他作物的基因组编辑提供了重要策略。同年7月8日，《植物生物技术杂志》在线发表了该校的另一项研究成果，研究人员设计并合成了抗性基因Xcc-TALE-trap，该基因在实验室和田间条件下都能有效抵抗柑橘溃疡病菌Xcc，且具有广谱抗性，为柑橘抗溃疡病的防控提供了新的思路和方法。

在国内，对于柑橘溃疡病的研究也在不断深入。科研人员围绕柑橘溃疡病的病原菌特性、发病机制、防治方法等方面展开了大量研究。在病原菌特性研究上，明确了柑橘溃疡病由地毯黄单胞杆菌