Hortic Res | 西南大学/中国农业科学院柑桔研究所邹修平与赵晓春研究团队发现一个抗黄龙病和溃疡病的细菌自杀基因

黄龙病是全球柑橘产业上最具毁灭性的病害，其致病菌为韧皮部杆菌属亚洲种Candidatus Liberibacter asiaticus （CaLas）。黄龙病给全球柑橘产业造成数十亿美元的周年经济损失。目前，柑橘产业尚无抗黄龙病品种，也无有效治疗药剂。由柑橘黄单胞菌柑橘亚种（Xanthomonas citri pv. Citri，Xcc）引起的柑橘溃疡病是柑橘产业上另一大毁灭性病害，几乎能危害所有柑橘品种，目前呈爆发趋势。黄龙病与溃疡病的叠加危害已严重影响我国柑橘产业的健康可持续发展。培育抗病品种是解决黄龙病和溃疡病危害的根本途径。杀菌蛋白具有安全无毒、广谱抗性、杀菌效率高、致敏性弱等优点，在植物抗病育种和病害防控中受到广泛关注。噬菌体是细菌的天敌，主要通过Holin-endolysin裂解系统向宿主细胞周质分泌杀菌蛋白endolysin，裂解细胞壁，从而杀死细菌。因此，endolysin也被认为是细菌的自杀基因。作为一种专一、高效的新型抗生素，endolysin已广泛用于人类和动物临床的感染防控中，但在农业病害防控和抗病育种中鲜有报道。

2023年8月，Horticulture Research 上线了（Advance Access）西南大学邹修平/赵晓春研究团队题为An endolysin gene from Candidatus Liberibacter asiaticus confers dual resistance to Huanglongbing and citrus canker 的研究论文，发现柑橘黄龙病菌CaLas原噬菌体编码的LasLYS2 endolysin具有抗黄龙病和溃疡病的双重抗性。

该研究从CaLas基因组中克隆了2个endolysin基因LasLYS1、LasLYS2，离体抑菌实验表明LasLYS2对几种根瘤菌细菌和柑橘溃疡病菌Xcc有杀菌活性。29个月的CaLas持续攻毒实验展示，LasLYS1、LasLYS2转基因柑橘表现出显著而持久的黄龙病抗性，特别是LasLYS2转基因植株未出现叶片失绿、根腐烂等症状，且LasLYS2能从转基因植株中完全清除黄龙病菌（图1）。同时，高抗黄龙病的LasLYS2转基因株系同时高抗溃疡病（图1）。微生物群落结构和转录组测序分析揭示，LasLYS1、LasLYS2促进了转基因植株根中有益菌群Burkholderiaceae 和 Rhodanobacteraceae的增殖而抑制Xanthomonadaceae 和Rhizobiaceae 菌群的生长，从而增强了植株的免疫防御反应。突变体杀菌活性比较分析发现，“Lyz domain 2”结构域是 LasLYS2的关键杀菌基序。在此基础上，我们人工合成了4个对黄龙病和溃疡病菌有显著杀菌活性的新基因(图2)。

总之，本研究利用黄龙病菌原噬菌体基因LasLYS2创制了高抗黄龙病和溃疡病的柑橘新种质，阐明了LasLYS2杀菌活性的蛋白结构基础，为人工设计开发治疗黄龙病和溃疡病的杀菌蛋白类药剂，创制广谱高抗的柑橘新种质提供了新基因和新思路。

图1 LasLYS1（L1-#））、LasLYS2（L2-#）转基因植株黄龙病、溃疡病抗性评价

图2 人工合成的LYS1C、LYS1N、LYS1N:LYS2、LYSI杀菌蛋白对溃疡病菌Xcc (B)、黄龙病菌CaLas (C-H)的杀菌活性分析

西南大学/中国农业科学院柑桔研究所博士研究生许兰珍、硕士研究生莫凯琴为论文共同第一作者，邹修平研究员、赵晓春研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目（2021YFD1400800, 2022YFD1400200）、国家自然科学基金（31972393）、中央高校基本科研业务费（SWU-XDJH202308、 XDJK2018B016）和现代农业（柑桔）产业技术体系（CARS-27）等项目的资助。

作者团队介绍

西南大学/中国农业科学院柑桔研究所国家柑桔品种改良中心邹修平研究员长期从事柑橘抗病分子育种研究，主要开展了：（1）解析柑橘应答黄龙病和溃疡病危害的调控机制，挖掘抗/感病关键基因；（2）结合黄龙病与柑橘的互作关系，从病原菌角度大规模筛选和重构柑橘异源新型杀菌基因，用于柑橘抗病基因工程育种研究，培育新型抗病材料；（3）利用CRISPR/cas9等基因编辑技术创制抗病新种质。在Plant Biotechnology Journal、The Plant Journal、Horticulture Research、Frontiers in Plant science、 园艺学报等期刊上发表论文30余篇，授权发明专利6项，获得重庆市科技进步二等奖1项。

文章链接：

‍https://doi.org/10.1093/hr/uhad159

转自：“园艺研究”微信公众号

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