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上海交大科學家開辟水稻廣譜抗病育種新途徑 基因打擊水稻頭號細菌“殺手”

2019-10-16 11:06:12來源:上海市政府網站作者:上海市政府網站編輯:bianji2
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  上海交通大學教授陳功友領銜的植物與病原菌分子互作研究團隊通過多年研究,揭示了病原菌效應蛋白這個“間諜”與植物感病基因“接頭人”之間的協同進化關系,提出利用基因編輯技術阻斷兩者之間的協同進化進程,從而使植物獲得廣譜抗病(RLS)育種新途徑,為解決作物抗病性喪失問題、保障糧食與食品安全提供了新思路。日前,這一研究成果在線發表在Cell出版社旗下植物科學領域權威期刊《MolecularPlant》上。
  收集白葉枯病原菌株
  白葉枯病是三大水稻病害之一,是危害水稻生產的頭號細菌“殺手”。植物病害發生的過程,就是病原菌與植物雙方投入大量“兵力”進行的戰爭。為抵御病原菌入侵,植物通過角質、蠟質等多種生化物質構筑起一系列堅固的物理和化學“堡壘”。病原菌一方面通過合成胞外降解酶、毒素等物質“明修棧道”,從外部一層層瓦解“堡壘”,另一方面卻通過組裝多種被稱為分泌系統的裝置“暗渡陳倉”,將大量的效應蛋白“間諜”直接分泌到植物體“堡壘”內部,在植物體內部大肆破壞,最終攻破“堡壘”。水稻白葉枯病菌派出的最重要的一類效應蛋白“間諜”,是III型分泌系統分泌的轉錄激活因子類效應蛋白(TALE蛋白)。
  在農業農村部公益性行業專項等項目支持下,陳功友團隊從全國各水稻產區的發病田塊收集分離到數百個白葉枯病原菌株,在不同的水稻品種上測定這些菌株的毒性,并進行分子標記分析,發現這些菌株具有豐富的遺傳多樣性和毒性差異。通過基因組學和分子生物學工具,從其中幾個強毒性菌株中分離到數十個TALE蛋白編碼基因并分別測定毒性,最終“識破”了一類被稱為PthXo2-like的新型主效TALE蛋白“間諜”,并且在不同菌株中發現了這類蛋白的五種類型。
  基因編輯技術干擾“接頭暗號”
  水稻白葉枯病菌分泌的TALE蛋白“間諜”進入植物細胞后,能躲過植物免疫系統偵查,偽裝成水稻自身的轉錄激活因子,與“潛伏”在水稻細胞內的一類感病基因“接頭人”進行聯絡,“接頭暗號”是雙方特定氨基酸序列與DNA序列之間的一套密碼。
  研究團隊通過對新發現的“間諜”蛋白序列進行比較分析,初步確定水稻感病基因OsSWEET13具有“接頭人”嫌疑。接下來經過不同分子生物學實驗反復驗證,確定該基因為“間諜”的靶標基因“接頭人”。同時發現該基因在啟動子識別區域也存在十種不同類型。
  課題組還采用新興的基因編輯技術,對“接頭暗號”識別形成干擾,從而同時阻斷多個細菌TALE蛋白“間諜”的破壞活動,最終獲得廣譜抗白葉枯病的水稻新種質,提出了阻斷植物感病性而獲得廣譜抗病性的育種新途徑。目前,專家正將這一技術應用于優良雜交水稻親本改良中,預計1?2年內可育成穩定遺傳的品種,有望大大縮短雜交水稻育種年限。
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