Molecular Plant— 陳功友教授課題組揭示了廣譜抗白葉枯病育種新途徑
? ? ? ?在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，植物與病原物之間的協(xié)同進(jìn)化通常用“紅皇后假說(shuō)（the Red Queen’s hypothesis）”或者“軍備競(jìng)賽（arms race）”來(lái)描述?！澳Ч怼辈≡a(chǎn)生毒性蛋白作用于植物的感病基因，使植物發(fā)?。‥TS）；同時(shí)“神道”的植物變異感病基因從而逃逸病原菌毒性蛋白的識(shí)別，植物抗病（RLS）。
? ? ? ?近日，農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院陳功友教授課題組在著名學(xué)術(shù)期刊Molecular Plant在線發(fā)表題為“Engineering broad-spectrum bacterial blight resistance by simultaneously disrupting variable TALE-binding elements of multiple susceptibility genes in rice”的研究論文。該研究揭示了病原菌效應(yīng)蛋白PthXo2與植物感病基因(SWEET13)間的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系，提出了利用基因編輯技術(shù)阻斷病原菌效應(yīng)蛋白與植物感病基因間的協(xié)同進(jìn)化，從而使植物因喪失效應(yīng)蛋白誘導(dǎo)的感病性（ETS）而獲得廣譜抗?。≧LS）的新途徑。
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? ? ? ?由模式生物稻黃單胞菌（Xanthomonas oryzae）引起的水稻白葉枯病是水稻生產(chǎn)中的重要病害。在病原菌與植物的這場(chǎng)沒有硝煙的“戰(zhàn)爭(zhēng)”中，稻黃單胞菌通過III型分泌系統(tǒng)（T3SS）“暗渡陳倉(cāng)”，將一類被稱為轉(zhuǎn)錄激活類效應(yīng)蛋白（TALE）的“間諜”送入寄主植物細(xì)胞核內(nèi)。TALE識(shí)別并結(jié)合在植物感病基因啟動(dòng)子的EBE上，激活感病基因表達(dá)，從內(nèi)部“攻破”植物的防線，從而使植物感病(ETS)。該課題組通過基因編輯技術(shù)（CRISPR/Cas9）對(duì)水稻品種Kitaake的3個(gè)感病基因(OsSWEET11、OsSWEET13?和OsSWEET14)的EBE進(jìn)行基因編輯時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)OsSWEET13的EBE位點(diǎn)，白葉枯病菌有五種類型的PthXo2-like效應(yīng)蛋白，而水稻中的OsSWEET13的EBE位點(diǎn)存在十種單倍型，顯示了病原菌與寄主植物間的協(xié)同的“軍備競(jìng)賽”。最終通過3個(gè)感病基因EBE的修飾，培育了廣譜抗白葉枯病的水稻新種質(zhì)。
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基因編輯水稻白葉枯病感病基因EBE位點(diǎn)培育廣譜抗白葉枯病新種質(zhì)示意圖
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? ? ? ?稻黃單胞菌引起的水稻白葉枯病是水稻生產(chǎn)上的主要病害之一，在全球范圍內(nèi)分布廣、危害重。我院陳功友教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期聚焦于水稻與稻黃單胞菌的分子互作，以病原菌的致病因子---TALE為分子探針，就其作用于水稻的抗病基因或感病基因的分子機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為培育作物的廣譜抗病性提供了系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要基因資源（Molecular Plant Pathology, 2018; Molecular Plant, 2014; Nature Communications, 2016）。此次發(fā)現(xiàn)的PthXo2-like的TALE，作用于不同單倍型的SWEET13感病基因，將病原菌與植物的“軍備競(jìng)賽”認(rèn)識(shí)上升到了一個(gè)新的層次，同時(shí)還開辟了不利用植物抗病基因而培育植物廣譜抗病的育種新途徑。
? ? ? ?農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院博士研究生徐正銀為論文第一作者，鄒麗芳副教授和陳功友教授為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。
? ? ? ?論文鏈接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30289-8.
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