研究成果

Plant Communications-陈功友团队联合美国科学家发现克隆水稻白叶枯病抗病新基因

發布時間:2020-06-23 

太原麻将陈功友教授研究组与美国密苏里大学-哥伦比亚分校植物科学系唐纳德-丹佛斯植物科学中心Bing Yang教授研究组合作,近日在Plant Communications合作發表題爲Xa1 allelic R genes activate rice blight resistance suppressed by interfering TAL effectors”的研究文章,報道了稻黃單胞菌先天免疫抑制因子iTALE使得Xa1及其等位基因的抗病譜變窄的最新研究成果。

稻黃單胞菌(Xanthomonas oryzae)稻致病變種(X.oryzae pv. oryzae, Xoo)和稻生致病變種(X. oryzae pv. oryzicola, Xoc)分别引起水稻白叶枯病(Bacterial Blight, BB)和细菌性条斑病(Bacterial Leaf Streak, BLS)。2016年该合作研究团队曾在Nature Communications首次從稻黃單胞菌中發現了克服Xa1抗性的iTALE(interfering TAL effector),之前认为,其是转录激活类因子(TALEs)在进化重组过程中的碎片,没有生物学功能(https://www.nature.com/articles/ncomms13435)。該研究還發現,水稻白葉枯病抗病基因Xa1(NLR家族),可以被任一典型結構的TALE激活;不含有iTALE的XooXoc菌株均能激活Xa1抗性;在水稻-稻黃單胞菌無休止的軍備競賽中,絕大多數菌株(~95%)進化産生了iTALE,抑制了Xa1抗性。

 


图1. NLR类Xa1等位基因型抗性被 TALE激活或被 ITALE抑制的可能模式

隨後兩個研究組發現,不含iTALE的Xoo菌株,还能在IRBB2 (Xa2)、紮昌龍(Xa31(t))、IRBB14(Xa14)、尼瓦拉野生稻Xa45(t)和Carolina Gold Select(CGS-Xo111)等水稻上激發過敏反應。分離這些R基因發現,它們均是Xa1的等位基因型,能被任一典型結構的TALE激活抗性(ETI)並被iTALE所抑制(ETS)。這些成員的主要差別在其羧基端由93個氨基酸單一重複單元串聯形成的LRR功能域(圖1)。Xa14是該類成員中抗譜最廣和LRR重複單元數最少的成員。

据此推测,在共进化中,病菌的iTALE是TALE的逃逸子(decoy), 避免被识别;相应地,在水稻中理论上存在Xa1等位基因型被TALE激活的逃逸子。目前中美两个研究组正加强合作,试图发现水稻中Xa1等位基因型的逃逸子,以便使得这类NLR类R基因在水稻生産上發生廣譜抗病性的作用。

該研究還提示,種植R基因的水稻品種仍是防控BB和BLS最爲經濟、有效和安全的防治措施,但還應監測和預警田間病菌的毒力進化,科學指導R基因的應用和布局。

密苏里大学-哥伦比亚分校植物科学系博士后纪宠辉和中国农业科学院作物科學研究所副研究员纪志远为论文第一作者,堪萨斯州立大学Sanzhen Liu研究组参与了此项工作,Bing Yang教授和陈功友教授为共同通讯作者。该研究得到了中国国家自然科学基金、美国农业部食品与农业研究院(USDA/NIFA)和中国科协“青年人才托举工程”等项目的资助。

論文鏈接:https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(20)30110-3

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