PBJ | 山东大学王官锋团队通过基因编辑ZmNANMT提高玉米广谱抗性

2023年5月30日，山东大学王官锋团队在Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“Genome editing of the susceptibility gene ZmNANMT confers multiple disease resistance without agronomic penalty in maize”的研究论文。本研究发现玉米中一个新的感病基因ZmNANMT，通过基因编辑ZmNANMT提高了玉米对多种病害的广谱抗性，并且不影响玉米的重要农艺性状。

在植物抵御病原菌入侵中植物细胞中的抗病 (R) 蛋白发挥了重要作用。NLR (Nucleotide-binding，leucine rich repeat) 蛋白是植物中最大的一类抗病(R)蛋白，它的激活能够引起植物产生快速的细胞死亡，称为超敏反应 (HR, hypersensitive response) 。玉米Rp1-D21是一个NLR蛋白，在没有病原菌感染的情况下，含有Rp1-D21的植株能够自发产生类病斑HR表型，被作为一种筛选抗病基因的快速有效的工具。

NANMT (Nicotinate N-methyltransferase) 编码烟酸甲基转移酶，能够将烟酸转化成葫芦巴碱 (Li et al., 2017)。在本课题组前期研究中发现玉米ZmNANMT在烟草中能够抑制Rp1-D21引起的HR (Liu et al., 2021)。本研究将ZmNANMT构建到一个含有胚乳特异表达的红色荧光蛋白过表达载体（可以区分转基因阳性和阴性植株，Sun et al., 2023），得到了其转基因过表达系，将其与含有Rp1-D21的植株杂交，发现ZmNANMT部分抑制Rp1-D21介导的HR（图1a-c），在玉米中提供了直接的遗传证据。

通过对玉米过表达系进行抗病鉴定，发现ZmNANMT负调控玉米对小斑病、大斑病和轮枝镰孢菌引起的茎腐病等多种主要病害的抗性（图1d-f），说明ZmNANMT是一个感病因子。

为了提高玉米的广谱抗性，本研究通过CRISPR/Cas9系统对ZmNANMT进行基因编辑并对纯合编辑株系进行抗病鉴定，发现基因编辑系显著增强了玉米对多种病害的抗性（图1g-i）。

为了探究ZmNANMT影响玉米广谱抗性的同时是否会对玉米的农艺性状产生影响，对ZmNANMT的纯合基因编辑系的农艺性状进行了测量，发现ZmNANMT对玉米的重要农艺性状和产量性状无显著的负面效应（图1j，k）。

综上所述，Zm NANMT是玉米中的一个感病基因，通过基因编辑能够增强玉米对多种病害的广谱抗性并且不影响玉米的产量。本研究为培育优良抗病品种提供了新的基因资源。

山东大学王官锋课题组硕士研究生李雅洁、谷金明和博士后马世骏为共同第一作者，王官锋教授为通讯作者。王官锋课题组博士研究生徐阳，已出站博士后刘孟洁，吉林农科院生物技术所刘相国研究员和张闯副研究员参与了该项工作。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和山东省重点研发计划等项目资助。

论文链接：

http://doi.org/10.1111/pbi.14078

PS：因科研项目需要，王官锋教授课题组拟招聘博士后2名，主要从事玉米抗病基因的挖掘和分子机理研究，欢迎即将毕业或近三年毕业的优秀博士邮件联系(gfwang@sdu.edu.cn)。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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