【Cell】历时18年！西北农林科大发现了小麦中协助条锈菌感染的“真凶”，开辟了抗病小麦育种的新思路和新途径

7月14日，国际顶级期刊Cell（《细胞》）在线刊发西北农林科技大学植物免疫团队历经18年的研究成果——发现了小麦中协助条锈菌感染的“真凶”——感病基因，并通过敲除感病基因，使得小麦不易遭受条锈菌的侵染，开辟了抗病小麦育种的新思路和新途径。

小麦是世界种植最广泛的禾谷类作物之一，为全球超过25亿人口提供主食，是最重要的粮食作物。然而，病虫害常造成小麦产量重大损失，严重威胁着粮食安全。小麦条锈病是气传性的真菌病害，具有易传播流行特性，是小麦头号重大生物灾害，在全世界小麦种植区均有发生。我国一直是发病最重的区域，建国以来先后发生过8次大流行，防治后仍累计损失小麦产量138亿公斤，被称为小麦的“癌症”，所以条锈病被农业农村部列为一类农作物病害。
小麦条锈病因条锈菌而发病传播。条锈菌是一种活体营养寄生的真菌，须依赖活体小麦才能生存。植物免疫团队聚焦小麦条锈菌活体营养寄生特性，挖掘出全球首个被病菌毒性蛋白利用的小麦感病基因TaPsIPK1——编码胞质类受体蛋白激酶。感病基因负调控小麦的基础免疫，能够被条锈菌分泌的毒性蛋白PsSpg1劫持，从细胞质膜释放进入细胞核，在细胞核操纵转录因子TaCBF1，抑制抗性相关基因的转录，增强TaPsIPK1的转录水平，放大TaPsIPK1介导的感病效应，促进小麦感病。
成果系统揭示了PsSpg1-TaPsIPK1-TaCBF1d的磷酸化与转录调控级联途径介导的感病机制。并利用基因编辑技术精准敲除感病基因，破坏了毒性蛋白和感病基因的识别和互作，实现了小麦对条锈病的广谱抗性。在大田试验中，小麦编辑品系在保持作物主要性状品质的前提下，展现出了高抗条锈病的特点，具有很好的应用潜力。

小麦感病基因的发现及机理研究兼具理论性突破和生产应用价值，是实现种源自主可控，提升种业原始自主创新能力的跨越性突破。其重大意义在于一是植物与病原菌互作领域的重大突破，标志着我国在该领域迈出了一大步，处在了世界领先水平。二是打破了目前小麦主要利用抗病基因育种的传统思路，丰富了抗病育种可利用的基因类型，开辟小麦生物育种新途径，为我国现代生物育种和病害绿色防控提供了科技支撑。
西北农林科技大学博士后王宁，汤春蕾副研究员和博士生樊昕为论文共同第一作者，王晓杰教授、康振生院士为通讯作者。西北农林科技大学为第一作者单位，中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民研究员参与研究工作。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、国家外专局111项目、国家小麦产业技术体系和陕西省科技创新团队等项目的支持。

文章链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00779-6

来源：西北农林科大

转自： iPlants

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