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西北农林科大植物免疫团队发现小麦中协助条锈菌感染的“真凶”


来源: 西北农林科技大学  发布日期: 2022-07-15  访问量: 36


7月14日,国际顶级期刊Cell(《细胞》)在线刊发植物免疫团队历经18年的研究成果——发现了小麦中协助条锈菌感染的“真凶”——感病基因,并通过敲除感病基因,使得小麦不易遭受条锈菌的侵染,开辟了抗病小麦育种的新思路和新途径。...
标签: 小麦、感病基因、条锈菌
 

我室植物免疫团队一项研究成果在Cell(《细胞》)发表

植物免疫团队发现小麦中协助条锈菌感染的“真凶”

 

7月14日,国际顶级期刊Cell(《细胞》)在线刊发植物免疫团队历经18年的研究成果——发现了小麦中协助条锈菌感染的“真凶”——感病基因,并通过敲除感病基因,使得小麦不易遭受条锈菌的侵染,开辟了抗病小麦育种的新思路和新途径。

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小麦是世界种植最广泛的禾谷类作物之一,为全球超过25亿人口提供主食,是最重要的粮食作物。然而,病虫害常造成小麦产量重大损失,严重威胁着粮食安全。小麦条锈病是气传性的真菌病害,具有易传播流行特性,是小麦头号重大生物灾害,在全世界小麦种植区均有发生。我国一直是发病最重的区域,建国以来先后发生过8次大流行,防治后仍累计损失小麦产量138亿公斤,被称为小麦的“癌症”,所以条锈病被农业农村部列为一类农作物病害。

小麦条锈病因条锈菌而发病传播。条锈菌是一种活体营养寄生的真菌,须依赖活体小麦才能生存。植物免疫团队聚焦小麦条锈菌活体营养寄生特性,挖掘出全球首个被病菌毒性蛋白利用的小麦感病基因TaPsIPK1——编码胞质类受体蛋白激酶。感病基因负调控小麦的基础免疫,能够被条锈菌分泌的毒性蛋白PsSpg1劫持,从细胞质膜释放进入细胞核,在细胞核操纵转录因子TaCBF1,抑制抗性相关基因的转录,增强TaPsIPK1的转录水平,放大TaPsIPK1介导的感病效应,促进小麦感病。成果系统揭示了PsSpg1-TaPsIPK1-TaCBF1d的磷酸化与转录调控级联途径介导的感病机制。并利用基因编辑技术精准敲除感病基因,破坏了毒性蛋白和感病基因的识别和互作,实现了小麦对条锈病的广谱抗性。在大田试验中,小麦编辑品系在保持作物主要性状品质的前提下,展现出了高抗条锈病的特点,具有很好的应用潜力。

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感病基因的工作模式图

该项成果的重大意义在于小麦感病基因鉴定与利用方面的原创性重大成果,是实现种源自主可控,提升种业原始自主创新能力的跨越性突破。一是小麦感病基因的发现是植物与病原菌互作领域的重大突破,标志着我国在该领域迈出了一大步,处在了世界领先水平。二是打破了目前小麦主要利用抗病基因育种的传统思路,丰富了抗病育种可利用的基因类型,开辟小麦生物育种新途径,为我国现代生物育种和病害绿色防控提供了科技支撑。

我校博士后王宁,汤春蕾副研究员和博士生樊昕为论文共同第一作者,王晓杰教授、康振生院士为通讯作者。我校为第一作者单位,中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民研究员参与研究工作。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、国家外专局111项目、国家小麦产业技术体系和陕西省科技创新团队等项目的支持。


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