中新網(wǎng)北京3月28日電 (記者 孫自法)記者從中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所(遺傳發(fā)育所)獲悉，該所植物免疫團(tuán)隊(duì)和合作者最近研究揭示一種植物免疫新機(jī)制，填補(bǔ)了植物串聯(lián)激酶(TKPs)免疫調(diào)控途徑的空白，為作物廣譜多抗品種精準(zhǔn)設(shè)計(jì)奠定了理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。
全新免疫機(jī)制
這項(xiàng)植物免疫領(lǐng)域重要研究由中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所劉志勇研究員領(lǐng)導(dǎo)的植物免疫團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合北京農(nóng)學(xué)院、南京師范大學(xué)、崖州灣國家實(shí)驗(yàn)室、湘湖實(shí)驗(yàn)室等科研伙伴共同完成，相關(guān)成果論文北京時(shí)間3月28日凌晨在國際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)上線發(fā)表。
WTK3的工作模型。中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所 供圖該研究論文揭示了串聯(lián)激酶抵御病原菌入侵的全新免疫機(jī)制：一個(gè)非典型的NLR蛋白WTN1(Wheat Tandem NBD1)與串聯(lián)激酶WTK3協(xié)同識別病原菌的效應(yīng)蛋白激發(fā)免疫反應(yīng)，表現(xiàn)對多種小麥真菌病害的抗性。這也突破領(lǐng)域內(nèi)對串聯(lián)激酶作用機(jī)制的認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)串聯(lián)激酶與傳統(tǒng)NLR協(xié)同抗病新范式。
重要育種價(jià)值
論文共同通訊作者劉志勇研究員介紹，串聯(lián)激酶是近年來在小麥和大麥中發(fā)現(xiàn)的一類新型抗病蛋白，由兩個(gè)或多個(gè)激酶結(jié)構(gòu)域串聯(lián)而成，分別表現(xiàn)出對條銹病、葉銹病、稈銹病、白粉病、麥瘟病和黑粉病的抗性，具有重要的育種價(jià)值。
研究團(tuán)隊(duì)前期從中國小麥地方品種和野生二粒小麥中，分別克隆得到編碼新型串聯(lián)激酶的廣譜抗白粉病基因Pm24(WTK3)和Pm36(WTK7-TM)。不過，關(guān)于串聯(lián)激酶這類新型抗病蛋白存在許多懸而未決的科學(xué)問題，包括串聯(lián)激酶如何識別病原菌效應(yīng)因子、串聯(lián)激酶的不同激酶結(jié)構(gòu)域在作物免疫反應(yīng)中分別扮演什么樣的角色、串聯(lián)激酶通過什么免疫途徑激活作物的抗病反應(yīng)等。
兩個(gè)功能模塊
本項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)通過篩選抗白粉病基因Pm24(WTK3)的EMS誘變感病突變體，鑒定到一個(gè)WTK3抗病通路的關(guān)鍵因子WTN1，WTN1是與WTK3緊密連鎖的非典型NLR蛋白。遺傳學(xué)分析結(jié)果表明，WTN1的存在是WTK3免疫小麥白粉病的關(guān)鍵，WTK3-WTN1通過感受器-編碼器的協(xié)同作用模式激活免疫反應(yīng)。特別是WTK3不僅抗小麥白粉病，并且能夠識別麥瘟病菌效應(yīng)因子PWT4并觸發(fā)免疫反應(yīng)，具有潛在的抗麥瘟病能力。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過植物免疫學(xué)、生化實(shí)驗(yàn)、電生理實(shí)驗(yàn)和進(jìn)化分析等多種方法，發(fā)現(xiàn)小麥中的WTK3和WTN1基因在進(jìn)化過程中形成緊密的合作關(guān)系，共同幫助小麥抵抗病原菌的入侵。具體來說，WTK3有兩個(gè)重要的功能模塊：第一個(gè)模塊任務(wù)是識別病原菌釋放的“攻擊信號”-效應(yīng)蛋白；第二個(gè)模塊是形成一個(gè)“防御小分隊(duì)”，當(dāng)感知到病原菌入侵后，WTK3-WTN1復(fù)合物迅速被激活，形成離子通道促進(jìn)鈣離子內(nèi)流，從而激活超敏反應(yīng)和細(xì)胞程序化死亡。
特有基因資源
劉志勇總結(jié)表示，前期研究表明Pm24(WTK3)基因?yàn)橹袊←湹胤狡贩N所特有的基因資源，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年的回交轉(zhuǎn)育，已將Pm24基因?qū)氲蕉鄠€(gè)高產(chǎn)小麥底盤品種，創(chuàng)制的抗病新種質(zhì)已無償發(fā)放給國內(nèi)多家單位進(jìn)行抗病育種利用。
小麥抗病基因Pm24(WTK3)高產(chǎn)抗病新種質(zhì)的相關(guān)研究示范種植。中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所 供圖這些研究成果有望解決中國小麥主產(chǎn)區(qū)缺乏廣譜抗白粉病基因資源的問題，同時(shí)為防控麥瘟病提前建立潛在的遺傳屏障，并為中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級提供重要的理論和技術(shù)支持。(完)