我科學家克隆并解析廣譜高抗根腫病基因
本報北京6月10電（記者齊芳） 利用抗病基因改造農(nóng)作物抗病性是防治病害最為綠色經(jīng)濟高效的方式。中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所陳宇航和周儉民合作團隊，對十字花科作物最大的病害——根腫病，進行了深入研究，克隆出廣譜抗根腫病基因，闡明了其作用機制，并以我國西漢著名將領衛(wèi)青（WeiTsing）的名字為該基因命名。
相關研究成果發(fā)表在北京時間2023年6月8日出版的國際學術期刊《細胞》上。有評論認為，這項研究不僅在油菜等十字花科作物育種中有良好應用前景，更為重要的是在植物中首次發(fā)現(xiàn)了鈣離子釋放通道及其介導的免疫機制，是我國科學家繼發(fā)現(xiàn)植物抗病小體后在該領域取得的又一項理論創(chuàng)新。
周儉民介紹，自20世紀20年代我國首次發(fā)現(xiàn)根腫病以來，該病發(fā)生面積不斷增加，近年來呈快速蔓延的趨勢。據(jù)統(tǒng)計，每年根腫病在我國的發(fā)病面積達4800萬~6000萬畝，而且根腫菌在土壤中可存活二十年，耕地一旦被污染，將不再適合種植十字花科作物。
“植物也有自己的免疫機制?！敝軆€民研究員帶領團隊在這一方向上深耕。他介紹：“但已知的根腫病抗病基因數(shù)目少、機制研究薄弱，且田間已經(jīng)出現(xiàn)了新的毒性菌株，導致現(xiàn)有抗根腫病基因抗性喪失。因此，挖掘高效廣譜抗根腫病基因是抗根腫病育種面臨的巨大挑戰(zhàn)?！?
在這項研究中，陳宇航和周儉民團隊綜合利用遺傳學、生物化學、結構生物學及生理學等方法，分離鑒定到了高抗根腫病基因WTS并闡明了其分子機制?！癢TS編碼一個從未報道過的蛋白，導入油菜后不僅表現(xiàn)出良好的抗性，生長發(fā)育也完全正常；攜帶WTS的油菜對多個根腫菌表現(xiàn)為高抗，包括在現(xiàn)有抗性品種上表現(xiàn)出高致病力的菌株，表明WTS是一個廣譜抗性基因。因此WTS在油菜抗根腫病分子育種中有很好的應用價值?！标愑詈秸f，“進一步研究發(fā)現(xiàn)，當根腫菌侵染時，WTS在中柱鞘細胞中特異表達并自我裝配為定位于內(nèi)質網(wǎng)的新型鈣離子通道，通過介導內(nèi)質網(wǎng)鈣離子釋放激活下游免疫反應，從而保護根部維管束系統(tǒng)免受病菌的侵害。”
這也是首次在植物中發(fā)現(xiàn)鈣離子釋放通道。陳宇航介紹，該成果表明植物不僅可以通過傳統(tǒng)的抗病小體激活鈣信號，還能組裝成全新的離子通道來激活鈣信號和免疫反應，而WTS復合物就是鈣離子釋放通道。陳宇航說：“此外，WTS在根部特異細胞層的誘導和作用方式，對其他土傳病害抗性機制的研究有重要借鑒意義?！?/p>
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