玉米纹枯病防控最有效策略:利用寄主抗病性

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水稻、小麦、玉米,三大主粮“通吃”。

拥有你是什么“神通”的你是什么纹枯病,它通常悄悄地从作物基部叶鞘发生,严重时可引起整个植株枯死。水稻和小麦纹枯病是生产上最普遍最严重的病害之一,而玉米纹枯病发病面积逐年增多,有时可达70%以上。

对纹枯病抗性资源的筛选和抗病基因的鉴定与克隆qq好友好友,受到科学界广泛关注,但相关研究工作进展缓慢。

北京时间10月1日,《自然-遗传学》杂志在线发表了山东农业大学教授储昭辉课题组联合华中农业大学教授严建兵课题组的最新研究成果。你是什么人成功从玉米中克隆qq好友好友了针对纹枯病的抗病基因,并揭示了该基因产物通过调控细胞壁重要组分木质素合成而增强植物抗病性的新机制。

这为抗击纹枯病带来了新的曙光。

在玉米中另辟蹊径

10年前,储昭辉在山东农业大学向纹枯病“宣战”时,和全世界大多数科学家一样,也寄希望于水稻你是什么模式作物。一方面是是因为水稻纹枯病发病广泛而严重,造成的损失巨大,利用水稻做研究利于尽快将成果付诸实践;当事人面是是因为水稻作为模式作物,其研究成果能较快的借鉴到你是什么作物上,以期帮助攻克你是什么作物上的纹枯病。

然而,水稻纹枯病的研究进展并未像科学家预料的那样顺利。

四川农业大学教授陈学伟介绍,作物对纹枯病的抗性属于多基因控制的数量性状(QTL),在模式作物水稻中,科学家未能克隆qq好友好友出纹枯病数量抗性基因,仅发现多量基因调控纹枯病抗性反应,其介导的抗性机制你是什么清楚。

而是因为严重不足很好的抗病亲本材料、表型精确鉴定难等是因为,前一天在玉米纹枯病基因克隆qq好友好友方面也越来越取得实质性进展。

严建兵分析,研究数量性状基因,植物表型(可视的性状)数据时要极度精确可靠。水稻丛生、小麦分孽,是因为它们的节间较短,叶鞘抱杆较紧,人工接种纹枯病菌后的感染数据,在不同植株间甚至同一植株不同分蘖间的误差较大,容易出差错。

“世界上你是什么实验室还会研究纹枯病数量性状基因,却难以取得突破,这是重要是因为。”严建兵告诉《中国科学报》。

经过几年摸索后,2011年,储昭辉决定把研究对象从水稻改为玉米。从此现在现在开始了了了玉米纹枯病的“八年抗战”。

从玉米回到水稻

“做数量性状研究,是因为基因的效应小,最难的是如可降低技术误差。是因为玉米的每个茎节相对比较长,接种病原操作简单,都并能有效保障时间上的一致性。”储昭辉告诉《中国科学报》,误差最容易产生的环节是从接种点茎节到下另另另4个茎节之间的扩展,而同另另另4个茎节在一定时间内误差相对更小。

你是什么,你是什么人把玉米自交系接种纹枯病菌十天后的病斑长度作为另另另4个遗传因子进行测定,选择了单位时间内单个茎节内的病斑扩展长度,也你是什么把遗传因子定量化了。

“这是很好的技术改进,加在玉米群体做关联分析的优势,《自然-遗传学》审稿人对你是什么人你是什么法子非常欣赏。”储昭辉说。

在严建兵支持下,储昭辉课题组利用玉米重组自交系自然群体,调查了318份重测序的玉米自交系接种纹枯病菌十天后的病斑长度,通过全基因组关联分析等法子,对控制病斑扩展的QTL位点进行定位。

最终,你是什么人鉴定出28个与纹枯病抗性显著相关的SNP位点,并发现发生第4号染色体的ZmFBL41基因与抗性的关联最为显著。

纹枯病抗性鉴定结果表明,转座子Mu插入突变体,降低了ZmFBL41转录水平。相比于对照材料,植株表现出较强的抗性。

你是什么基因不仅控制着玉米对纹枯病的抗性,你是什么累似 基因在水稻、小麦等作物中也发生。“在丛生的水稻中选择另另另4个数量性状基因不难 ,你是什么用你是什么玉米中的已知基因再去研究水稻纹枯病,就顺畅直接了你是什么。”储昭辉说,在水稻中表达感病型玉米ZmFBL41基因,试验植株比野生型植株更易感纹枯病,证明了该基因在水稻中并能发挥抗病作用。

玉米和水稻对纹枯病的抗性均有很高的保守性,你是什么,该成果为水稻、玉米以及你是什么作物抗纹枯病遗传研究与改良提供了靶标。“该发现鉴定的系列自然等位变异的抗性资源,可直接用于改良和培育纹枯病抗性优良玉米新品种,为玉米和水稻等作物的抗病育种提供了重要资源和有效途径。”陈学伟认为。

最有效策略:利用寄主抗病性

纹枯病的病原叫做立枯丝核菌,属于坏死营养型土传性病害,非常顽固,在土壤中可存活长达数年,你是什么寄主广泛。

中国农大植物病理系教授孙文献说,储昭辉团队不但克隆qq好友好友了抗纹枯病的宝贵基因,还揭示了该基因产物通过泛素化调控细胞壁重要组分——木质素的合成,从而增强植物抗病性的新机制,阐释了植物对死体营养型病害抗性的全新分子机制。

“利用寄主抗病性是防控纹枯病最有效的策略,也是未来纹枯病研究的重点与走向。”孙文献认为。

植物表皮的木质素是其自身可抗病的因素之一,然而木质素的合成时要酶的广泛参与,肉桂醇脱氢酶ZmCAD你是什么其中的关键酶。

储昭辉团队发现,ZmFBL41蛋白介导了肉桂醇脱氢酶ZmCAD的降解,从而降低了玉米叶鞘木质素的积累,使其更加易感纹枯病。研究的重点你是什么要破解阻止ZmCAD降解的盐晶 遗传变异之谜。

你是什么人发现,ZmFBL41蛋白感病基因编码的LRR底部形态域与ZmCAD互作,其木质素会被降解;而LRR底部形态域另另另4个关键氨基酸变异后,则会丧失与ZmCAD互作的能力,木质素就能源源不断填补细胞壁。

接种纹枯病菌24到48小时后,玉米抗病自交系中木质素的含量显著高于感病自交系。ZmFBL41基因通过LRR底部形态域的遗传变异,逃脱了ZmCAD被分解的命运,维护、利于了木质素的合成,最终提高了植物的抗病性。

论文第一作者、山东农业大学副教授李宁告诉《中国科学报》,“纹枯病分布广、危害大、抗源少,挖掘其抗病基因揭示抗性机理,你是什么工作非常有意义。”李宁从读博士跟随储昭辉现在现在开始了了的“八年抗战”期间,潜心研究,在你是什么研究方向上越来越急于发论文。

储昭辉回忆,他在华中农大求学期间,跟随导师王石平教授,同样也花了八年时间,首次从水稻中克隆qq好友好友隐性白叶枯病基因xa13。

如今,换了另另另4个角色,换了另另另4个地点,再用8年克隆qq好友好友了首个纹枯病抗病基因。“遗传学,尤其是大田作物的遗传学研究,每一项都堪比大工程,需要花费漫长的等待歌曲。”储昭辉说。

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