前沿 | 西农大专家团队发现玉米小斑病感病新基因

2023-02-14 09:02:46 8

近日,New Phytologist在线发表题为“A Leucine Rich Repeat Receptor Kinase Gene Confers Quantitative Susceptibility to Maize Southern Leaf Blight”的论文,首次揭示一个编码LRR-RK (leucine-rich repeat receptor kinase)的基因ChSK1(Cochliobolus heterostrophus Susceptibility Kinase 1)是玉米小斑病的感病基因,该基因突变或敲除可显著提高小斑病田间抗性。西北农林科技大学农学院西北旱区玉米生物学与抗逆遗传育种团队杨琴和北卡州立大学Peter Balint-Kurti教授为论文通讯作者,西农大农学院博士研究生陈川为论文第一作者。

玉米小斑病是威胁玉米生产的重要叶部病害之一,在全世界玉米产区普遍发生。解析抗病性遗传机制、选育抗病品种是实现病害绿色防控和保障粮食安全的有效策略。植物隐性抗病基因,也称为显性感病基因,感病基因失活被认为是获得持久和广谱抗性作物的有效途径。近年来,利用感病基因进行植物抗病育种研究的报道逐渐增多,但到目前为止,玉米小斑病的感病基因还未见报道。

玉米对小斑病的抗性是由多基因控制的复杂数量性状。前期研究发现,位于第3号染色体bin3.04的QTL- qSLB3.04 是一个玉米小斑病的隐性抗病位点。该研究利用图位克隆、候选基因关联分析、表达分析等发现ChSK1是qSLB3.04位点的感病基因,其编码一个LRR-RK蛋白。抗病亲本Mo17和NC292在ChSK1的第一个外显子上存在一个2344-bp的Harbinger-like转座子插入,导致基因失活(图1)。玉米NAM群体ChSK1等位基因分析发现,抗病材料中存在更多的变异类型,但不包含转座子插入,暗示不同抗病等位基因可能存在独立的进化模式。

玉米突变体、CRISPR/Cas9基因编辑材料分析表明,ChSK1突变或敲除可以显著增强玉米对小斑病的抗性。活性氧检测及转录组分析发现,ChSK1可能通过抑制基础免疫反应增加植物感病性(图2)。综上所述,该研究表明ChSK1是玉米小斑病的感病基因,可能通过抑制基础免疫来增强寄主的感病程度。这项研究揭示了LRR-RK基因可引起植物感病,增加了研究人员对植物感病的理解,也为培育玉米小斑病持久抗病性品种提供了新的思路。

该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目支持。(来源:凤凰网