PBJ | 北京市农林科学院白菜课题组在大白菜抗霜霉病分子机理研究方面取得突破性进展

近日，Plant Biotechnology Journal在线发表了北京市农林科学院蔬菜研究所白菜课题组题为Wall-associated kinase BrWAK1 confers resistance to downy mildew in Brassica rapa的研究论文，基于图位克隆鉴定到大白菜抗霜霉病新基因BrWAK1，系统解析了BrWAK1参与霜霉病抗性的分子机理，并探讨了该基因在抗病分子育种中的应用潜力。

大白菜（Brassica rapa L. ssp. pekinensis）起源于我国，是我国第一大蔬菜作物。霜霉病是由专性寄生霜霉菌（Hyaloperonospora parasitica）引起的卵菌病害，是危害大白菜的三大病害（病毒病、霜霉病和软腐病）之一，该病流行范围广、发病速度快，对白菜的产量和品质造成严重影响，培育霜霉病抗性品种是解决这一难题最有效的途径之一。

该团队以大白菜抗霜霉病自交系T12-19和感病自交系91-112为亲本构建的DH群体、以及衍生的高代回交、自交群体为材料，经过近十年的精细定位研究，鉴定到了抗病候选基因BrWAK1，编码一个细胞壁关联的蛋白激酶（Wall-associated kinase，WAK）（图1）。

图1.白菜抗霜霉病QTL的定位以及抗病候选基因序列和表达量差异分析。

进一步的研究表明，病原菌侵染能够显著诱导抗病自交系T12-19中水杨酸合成和BrWAK1的表达上调，喷施水杨酸也能够诱导BrWAK1的表达上调，启动子序列分析发现抗病自交系中BrWAK1的启动子中增加了水杨酸响应元件，水杨酸的反馈调控可能在抗病中发挥重要作用。利用转基因和基因编辑验证了BrWAK1的功能，在感病自交系91-112中过量表达BrWAK1可以显著增强其抗病性，而在抗病自交系T12-19中敲除BrWAK1能够增强其感病性；构建BrWAK1重要结构域的嵌合载体，通过瞬时转化研究发现，BrWAK1的胞外半乳糖醛酸结合结构域（GUB）的变异是感病自交系91-112丧失抗性的主要原因。此外，我们还发现BrWAK1能够与BrBAK1发生相互作用，并导致下游丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联反应，从而触发抗病防御反应（图2）。

图2. 白菜抗霜霉病基因BrWAK1的抗病分子机理模式图。

综上所述，本研究系统解析了BrWAK1参与大白菜抗霜霉病免疫反应的分子机理，并发现BrWAK1转基因白菜的生物量没有显著变化，展现了该基因在大白菜霜霉病抗性改良中的潜在应用价值。

北京市农林科学院蔬菜研究所张彬副研究员和苏同兵研究员为该论文的第一作者，于拴仓研究员与张凤兰研究员为共同通讯作者，该研究得到了得到了国家重点研发计划、北京市种质创制和品种选育联合攻关、国家自然科学基金等项目的资助。该团队近年来以提高白菜产量、抗病和抗逆性为主要目标，基于基因组学、驯化选择分析和图位克隆等手段，鉴定了一批控制白菜开花、抗病、抗逆及其形态建成相关的功能基因，研究成果先后发表在Molecular Plant、Plant Biotechnology Journal、Cell Reports、Plant Cell and Environment和Journal of Experimental Botany等杂志上。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.14118

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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