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Nature :一个赋予玉米丝黑穗病数量抗性的激酶

标签:丝黑穗病 激酶
摘要 : 来自中国农业大学、吉林省农业科学院的研究人员,在新研究中发现了一个赋予玉米丝黑穗病(Head smut)数量抗性的激酶。相关研究成果发表在12月22日的《自然遗传学》(Nature Genetics)杂志上。

 来自中国农业大学、吉林省农业科学院的研究人员,在新研究中发现了一个赋予玉米丝黑穗病(Head smut)数量抗性的激酶。相关研究成果发表在12月22日的《自然遗传学》(Nature Genetics)杂志上。

中国农业大学的徐明良(Mingliang Xu)教授是这篇论文的通讯作者。徐教授的主要研究方向是玉米、水稻和苹果等作物的功能基因组研究。近年来,以通讯或第一作者身份在PNAS、Nature Genetics、Plant Cell、Plant Physiology等国际SCI收录杂志上发表论文50多篇。

玉米是世界主要农作物之一,在很多国家被广为种植。玉米原产于中美洲,是一种喜温作物,生长期较长,需水量比高梁、谷子、大豆等旱粮作物要高,又分布很广,美国是世界上最大的玉米生产国,每年约出产2亿吨玉米,占世界总产量的40%以上。中国玉米产量居世界第二位(延伸阅读:韩斌Nat Genetics发文探讨重要研究进展 )。

玉米丝黑穗病是一种世界性病害,也是我国春玉米产区的主要病害之一。这种病害是由土壤或种子带菌传播的真菌病害,其病原菌玉米丝黑穗病菌(Sporisorium reilianum)在玉米幼苗期地下部分侵入、系统感染,成株期表现典型症状,在雄穗和雌穗上产生黑粉孢子。玉米丝黑穗病给全世界的玉米生产造成了严重威胁。

研究表明,玉米对丝黑穗病的抗性受多个数量性状位点(QTL)控制,以往研究人员在玉米染色体的bni2.09区域检测到了一个称作为qHSR1的玉米丝黑穗病数量性状位点。

在这篇文章中,研究人员报告称图位克隆了qHSR1,并确定了qHSR1介导玉米丝黑穗病数量抗性的分子机制。利用连续的精细定位和转基因互补策略,他们发现ZmWAK是定位在qHSR1内,赋予玉米黑穗病数量抗性的一个基因。ZmWAK跨越质膜,有可能发挥了一种受体样激酶作用负责感知和传导细胞外信号。

研究人员证实ZmWAK在幼苗的中胚轴中高水平表达,在那里它阻止了内生玉米丝黑穗病菌的活体营养性生长。中胚轴ZmWAK表达受损会影响ZmWAK介导的黑穗病数量抗性。他们发现玉米驯化后似乎发生了ZmWAK位点的缺失,并在玉米种质间传播,在玉米的进化过程中ZmWAK激酶结构域受到了功能限制。

新研究为玉米抗丝黑穗病分子育种提供了一个可能的抗病候选基因,为玉米丝黑穗病抗病育种工程的进一步深入研究奠定了重要的基础。

原文标题:A maize wall-associated kinase confers quantitative resistance to head smut

原文摘要:Head smut is a systemic disease in maize caused by the soil-borne fungus Sporisorium reilianum that poses a grave threat to maize production worldwide. A major head smut quantitative resistance locus, qHSR1, has been detected on maize chromosome bin2.09. Here we report the map-based cloning of qHSR1 and the molecular mechanism of qHSR1-mediated resistance. Sequential fine mapping and transgenic complementation demonstrated that ZmWAK is the gene within qHSR1 conferring quantitative resistance to maize head smut. ZmWAK spans the plasma membrane, potentially serving as a receptor-like kinase to perceive and transduce extracellular signals. ZmWAK was highly expressed in the mesocotyl of seedlings wher it arrested biotrophic growth of the endophytic S. reilianum. Impaired expression in the mesocotyl compromised ZmWAK-mediated resistance. Deletion of the ZmWAK locus appears to have occurred after domestication and spread among maize germplasm, and the ZmWAK kinase domain underwent functional constraints during maize evolution.

作者简介:徐明良

中国农业大学博士生导师、国家玉米改良中心副主任

人简历1964年2月出生, 籍贯宁波。

1980年9月-1984年7月,浙江农业大学宁波分校,获农学学士学位。

1984年9月-1987年7月,原江苏农学院,获农学硕士学位。

1987年7月-2003年9月,扬州大学,助教、讲师、副教授、教授、博士生导师

1997年2月-1999年2月,德国Hohenheim大学,博士后

1999年2月-2002年6月,美国Illinois大学,博士后

2003年- 中国农业大学,教授,博士生导师

新世纪百千万人才工程国家级人选

国家杰出青年基金获得者 

研究方向玉米、水稻和苹果等作物的功能基因组

在玉米全基因组范围内筛选出了抗病和防御相关的候选基因300多个,并将他们定位到玉米基因组上,这一工作的完成为玉米各种抗病基因的克隆提供了材料、信息和技术平台;发展了一套全新的分离玉米Mu突变体旁邻序列方法,为玉米功能基因大规模克隆奠定了基础;克隆了玉米抗甘蔗花叶病毒病候选基因,已获得转基因植株,开展功能互补鉴定;完成抗青枯病、丝黑穗病基因的定位和基因区域高密度分子标记的发展,克隆候选基因,开展功能互补鉴定;构建了玉米抗病自交系FAP1360、1145等的BAC库。

在水稻中克隆了水稻广亲和基因、米香性状基因;研究了参与淀粉合成各个基因与稻米品质的关系,证明Waxy基因同时控制直链淀粉含量和胶稠度,可溶性淀粉合成酶基因SSIIa 控制糊化温度。

在苹果中克隆到了二个抗斑点病基因Vfa1 和Vfa2,体外构建了结合Vfa1 和Vfa2的‘超级’抗病基因。针对苹果等信息量极少的作物上开展图位克隆的相关技术进行了广泛的探讨。

来源: Nature Genetics 浏览次数:316

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