中國(guó)科學(xué)家成功克隆廣譜抗根腫病基因 以西漢名將衛(wèi)青命名

　　“衛(wèi)青”基因（WTS）的作用機(jī)制。中科院遺傳發(fā)育所 供圖

　　記者從中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所(中科院遺傳發(fā)育所)獲悉，該所陳宇航和周儉民研究員合作團(tuán)隊(duì)最近成功克隆廣譜抗根腫病基因，闡明其作用機(jī)制，并以中國(guó)西漢著名將領(lǐng)衛(wèi)青(WeiTsing)的名字為該基因命名(英文名WTS)。

　　這一植物抗病領(lǐng)域重要研究成果論文，北京時(shí)間6月8日夜間在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》(Cell)上線(xiàn)發(fā)表。該項(xiàng)研究不僅在十字花科作物抗根腫病育種中有良好應(yīng)用前景，更為重要的是在植物中首次發(fā)現(xiàn)了新型鈣離子釋放通道及其介導(dǎo)的免疫機(jī)制，也成為繼發(fā)現(xiàn)植物抗病小體后，中國(guó)科學(xué)家在該領(lǐng)域取得的又一項(xiàng)重大理論突破。

　　受到根腫病侵害的油菜根部腫大癥狀。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授楊輝 供圖

　　中科院遺傳發(fā)育所介紹說(shuō)，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，針對(duì)十字花科作物根腫病害防治這一重大問(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，分離鑒定并成功克隆高抗根腫病基因“衛(wèi)青”，還闡明了其分子機(jī)制?！靶l(wèi)青”基因編碼一個(gè)從未報(bào)道過(guò)的跨膜蛋白，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“衛(wèi)青”基因的油菜作對(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“衛(wèi)青”是一個(gè)廣譜抗性基因，因此，“衛(wèi)青”基因在油菜抗根腫病分子育種中有很好的應(yīng)用價(jià)值。

　　合作團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，“衛(wèi)青”基因形成一個(gè)新型的五聚體結(jié)構(gòu)，中間具有一個(gè)跨膜孔道。電生理學(xué)和鈣成像研究揭示其可通透鈣離子。當(dāng)根腫菌侵染時(shí)，“衛(wèi)青”基因在中柱鞘細(xì)胞中特異表達(dá)并自組裝成為定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的鈣離子通道，通過(guò)介導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子釋放激活下游免疫應(yīng)答過(guò)程，從而保護(hù)根部維管束系統(tǒng)免受病原菌的侵害。該基因在中柱外圍形成保護(hù)屏障，與秦漢時(shí)期在北部山區(qū)建立防線(xiàn)、抗擊匈奴，具有相似性，因此被團(tuán)隊(duì)借用西漢名將衛(wèi)青來(lái)命名。

　　研究團(tuán)隊(duì)指出，他們這項(xiàng)最新合作研究成果表明，植物不僅可以通過(guò)傳統(tǒng)的免疫受體NLR家族蛋白形成抗病小體來(lái)激活鈣信號(hào)，還能利用非NLR家族蛋白組裝成全新的離子通道來(lái)介導(dǎo)鈣信號(hào)和免疫反應(yīng)。不同于質(zhì)膜定位的抗病小體(如ZAR1和SR35)，“衛(wèi)青”離子通道定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。這也是在植物中首次發(fā)現(xiàn)的新型鈣離子釋放通道。此外，“衛(wèi)青”基因在根部特異細(xì)胞層的誘導(dǎo)和作用方式，對(duì)其他土傳病害抗性機(jī)制的研究有重要借鑒意義。

　　據(jù)了解，油菜等十字花科作物根腫病每年在中國(guó)的發(fā)病面積達(dá)4800萬(wàn)-6000萬(wàn)畝，根腫菌在土壤中可存活20年，耕地一旦被污染，將不再適合種植十字花科作物。自20世紀(jì)20年代在中國(guó)臺(tái)灣和福建地區(qū)發(fā)現(xiàn)根腫病以來(lái)，中國(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)械化不斷發(fā)展，根腫病在中國(guó)呈快速蔓延的趨勢(shì)，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)。

　　大田生長(zhǎng)的油菜。安徽農(nóng)科院研究員胡寶成 供圖

　　中科院遺傳發(fā)育所周儉民、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有豐富經(jīng)驗(yàn)。此前，周儉民團(tuán)隊(duì)通過(guò)與清華大學(xué)等相關(guān)團(tuán)隊(duì)合作，2019年在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)植物抗病小體，揭示植物NLR家族抗病蛋白激活免疫的核心機(jī)制，解決困擾植物免疫領(lǐng)域20多年的難題。隨后，周儉民團(tuán)隊(duì)與陳宇航團(tuán)隊(duì)等合作，2021年揭示經(jīng)典抗病小體ZAR1的離子通道功能，明確鈣離子為植物激活免疫的初始信號(hào)；2022年解析小麥抗病小體SR35的離子通道活性，進(jìn)一步支持植物免疫的鈣信號(hào)理論。

　?。▉?lái)源：中國(guó)新聞網(wǎng) | 作者 孫自法）