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根腫病是油菜等十字花科作物農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上危害最大的病害，每年在我國(guó)的發(fā)病面積達(dá)4800-6000萬(wàn)畝。根腫菌在土壤中可存活二十年，耕地一旦被污染，將不再適合種植十字花科作物。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所陳宇航和周儉民合作團(tuán)隊(duì)，克隆了廣譜抗根腫病基因WeiTsing（WTS,?衛(wèi)青）并闡明了其作用機(jī)制。WTS介導(dǎo)植物對(duì)多種根腫菌的抗性，在十字花科作物抗根腫病育種中有良好應(yīng)用前景。相關(guān)研究于2023年6月8日發(fā)表于《細(xì)胞》。?
自上個(gè)世紀(jì)二十年代在我國(guó)臺(tái)灣和福建地區(qū)發(fā)現(xiàn)根腫病以來(lái)，我國(guó)根腫病的發(fā)生面積不斷增加。尤其是近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的不斷發(fā)展，根腫病在我國(guó)呈快速蔓延的趨勢(shì)，根腫病的發(fā)生面積約占全國(guó)十字花科作物種植面積的30%。利用抗病基因改造農(nóng)作物抗病性是防治病害最為綠色經(jīng)濟(jì)高效的方式，但已知的根腫病抗病基因數(shù)目少、機(jī)制研究薄弱，且田間已經(jīng)出現(xiàn)了新菌株，導(dǎo)致現(xiàn)有抗根腫病基因抗性喪失。因此，挖掘高效廣譜抗根腫病基因是抗根腫病育種面臨的巨大挑戰(zhàn)。?
周儉民團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期研究植物免疫機(jī)制，前期通過(guò)與清華大學(xué)研究柴繼杰等團(tuán)隊(duì)合作，于2019年在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)了植物抗病小體，揭示了植物NLR家族抗病蛋白激活免疫的核心機(jī)制，解決了困擾植物免疫領(lǐng)域二十多年的難題，成果入選2019年度中國(guó)生命科學(xué)十大進(jìn)展。隨后，周儉民團(tuán)隊(duì)與遺傳發(fā)育所的陳宇航團(tuán)隊(duì)、何康敏團(tuán)隊(duì)及清華大學(xué)的柴繼杰團(tuán)隊(duì)合作，于2021年揭示了經(jīng)典抗病小體ZAR1的離子通道功能，明確了鈣離子作為植物激活免疫的初始信號(hào)。陳宇航團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)柴繼杰團(tuán)隊(duì)合作，于2022年解析了小麥抗病小體Sr35的離子通道活性，進(jìn)一步支持了植物免疫的鈣信號(hào)理論。周儉民、陳宇航團(tuán)隊(duì)在植物抗病基因鑒定、功能研究、結(jié)構(gòu)解析及通道活性鑒定等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。?
針對(duì)十字花科作物根腫病害這一重大問(wèn)題，陳宇航和周儉民團(tuán)隊(duì)綜合利用遺傳學(xué)、生物化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)及生理學(xué)等方法，分離鑒定到了高抗根腫病基因WTS并闡明了其分子機(jī)制。WTS編碼一個(gè)從未報(bào)道過(guò)的蛋白，導(dǎo)入油菜后不僅表現(xiàn)出良好的抗性，生長(zhǎng)發(fā)育也完全正常；攜帶WTS的油菜作對(duì)多個(gè)根腫菌表現(xiàn)為高抗，包括在現(xiàn)有抗性品種上表現(xiàn)出高致病力的菌株，表明WTS是一個(gè)廣譜抗性基因。因此WTS在油菜抗根腫病分子育種中有很好的應(yīng)用價(jià)值。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)根腫菌侵染時(shí)，WTS在中柱鞘細(xì)胞中特異表達(dá)并自我裝配為定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的新型鈣離子通道，通過(guò)介導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子釋放激活下游免疫反應(yīng)，從而保護(hù)根部維管束系統(tǒng)免受病菌的侵害。WTS在中柱外圍形成保護(hù)屏障，與秦漢在北部山區(qū)建立防線、抗擊匈奴，具有相似性，因此借用西漢將領(lǐng)衛(wèi)青命名該基因。?
該成果表明，植物不僅可以通過(guò)傳統(tǒng)的抗病小體激活鈣信號(hào)，還能利用NLR家族以外的其它蛋白，組裝成全新的離子通道來(lái)激活鈣信號(hào)和免疫反應(yīng)。不同于質(zhì)膜定位的抗病小體，WTS復(fù)合物定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，表明其為鈣離子釋放通道，這也是在植物中首次發(fā)現(xiàn)鈣離子釋放通道；此外，WTS在根部特異細(xì)胞層的誘導(dǎo)和作用方式，對(duì)其它土傳病害抗性機(jī)制的研究有重要借鑒意義。?
遺傳發(fā)育所副研究員王偉、博士后秦力、博士生張文靜及唐凌匯為該篇論文的第一作者；陳宇航研究員、周儉民研究員與王偉副研究員為論文的共同通訊作者。參加這項(xiàng)工作的還有四川農(nóng)業(yè)大學(xué)的黃云團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的梁承志團(tuán)隊(duì)。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然基金及中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)的支持。?
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