【New Phytol】中国农大揭示小麦白粉病抗性机制

近日，中国农业大学农学院小麦研究中心团队在 New Phytologist 发表了题为 "Histone acetyltransferase TaHAG1 interacts with TaPLATZ5 to activate TaPAD4 expression and positively contribute to powdery mildew resistance in wheat" 的研究论文。

小麦（Triticum aestivum L.）是全球最重要的主粮作物之一，然而其生长发育的各个阶段都极易受到各种病害的侵扰。白粉病等植物病害每年造成全球作物减产可达30%，严重威胁世界和我国粮食安全。选育和推广抗病新品种是防治作物病害更为经济、有效和环保的策略。解析小麦抗白粉病的分子机制，创制抗病基因聚合材料，可为抗病新品种培育提供新策略。

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TaHAG1 通过影响 SA 与ROS 生物合成途径参与小麦白粉病抗性调控

组蛋白乙酰化/去乙酰化广泛参与了植物生长发育过程和应对环境变化等多个响应途径的调控，有研究表明这种动态修饰过程在植物响应病原菌侵染和免疫激活等方面发挥着重要作用，然而在小麦中组蛋白乙酰化是否参与抗病调控尚不清楚。本研究中，作者首先对小麦中组蛋白乙酰转移酶（HATs）和组蛋白去乙酰化酶（HDs）家族中多个成员基因编辑株系进行了表型筛选和鉴定，发现组蛋白乙酰转移酶 TaHAG1 正向调控小麦白粉病抗性，同时 RNAi 株系对白粉菌敏感，而过表达则增强小麦对白粉菌的抗性。为了探究 TaHAG1 调控小麦白粉病抗性的分子机理，作者通过转录组分析发现与野生型相比，白粉菌侵染后 TaHAG1 过表达株系可增强多个防御反应途径相关基因的表达，尤其是涉及 SA 与 ROS 生物合成相关基因包括 TaPAD4 与 TaEDS1 等在过表达株系中显著上调，同时发现 SA 与 ROS 含量在过表达株系中显著高于野生型，预示着 TaHAG1 可能通过提高 SA 与 ROS 的积累提高小麦白粉病抗性。

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TaPAD4 是 TaHAG1直接调控的下游基因

作者进一步通过 CHIP-qPCR，启动子激活等实验发现 TaHAG1 能够特异性结合 TaPAD4 的转录起始区域，在白粉菌侵染时通过影响其组蛋白乙酰化增强其转录水平，说明 TaPAD4 可能作为 TaHAG1 直接调控的下游基因参与小麦白粉病抗性调控。为进一步明确 TaPAD4 在小麦白粉菌抗性中的功能，作者创制了 TaPAD4 基因敲除株系和过表达株系，发现在六倍体小麦中同时敲除 TaPAD4 三个部分同源基因的株系表现为对白粉病敏感的表型，而过表达株系则显著提高对白粉菌的抗性。此外，作者通过测定 TaPAD4 不同转基因材料的 ROS 和 SA 含量，进一步明确了 TaPAD4 可以通过促进 SA 与 ROS 积累正调控小麦白粉病抗性。

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转录因子TaPLATZ5与TaHAG1互作参与小麦白粉病抗性调控

作者通过酵母双杂交筛选对 TaHAG1 互作蛋白进行鉴定，从中找到了一个受白粉菌诱导表达的候选因子 TaPLATZ5。BiFC、LCI、Pull-down 和 Co-IP 等实验进一步验证了两者的相互作用。作者通过酵母单杂、启动子激活和 EMSA 等实验，发现 TaPLATZ5 可以结合在 TaPAD4 启动子区域 AT-rich 基序上调控 TaPAD4 的表达。作者进一步通过 BSMV-VIGS 技术体系在小麦中沉默 TaPLATZ5 并对其进行了白粉菌抗性鉴定，结果显示 TaPLATZ5 为小麦白粉病抗性的正调控因子。

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TaHAG1 与 TaPLATZ5共同调控 TaPAD4 基因的表达

在 BSMV-TaPLATZ5 株系中，随着 TaPLATZ5 表达被抑制，TaPAD4 基因转录水平及其启动子上组蛋白乙酰化修饰水平同样降低。此外，通过在烟草中的转录激活实验，进一步证实相比于 TaHAG1 或 TaPLATZ5 单独效应，TaHAG1 和 TaPLATZ5 共表达可以显著增强 TaPAD4 基因的表达，而 TaPLATZ5 的结合基序 AT-rich 突变后，激活幅度显著降低。以上结果进一步证实在白粉菌侵染过程中，转录因子 TaPLATZ5 和小麦组蛋白乙酰转移酶 TaHAG1 通过互作共同激活 TaPAD4 基因的表达，进而提高小麦对白粉菌的抗性。

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结论与讨论

该研究报道了小麦组蛋白乙酰转移酶 TaHAG1 通过与转录因子 TaPLATZ5 互作共同激活病原菌响应途径关键基 TaPAD4  的表达参与小麦白粉病抗性调控的分子机制，为小麦抗病遗传改良提供了重要理论依据和基因资源。

中国农业大学农学院小麦研究中心 胡兆荣 副教授为该论文的通讯作者，小麦研究中心 宋娜 博士、在读博士生 林靖辰 和 刘星贝 为该论文的共同第一作者。孙其信 教授、解超杰 教授、倪中福 教授、彭惠茹 教授、姚颖垠 教授、辛明明 教授、郭伟龙 副教授对该工作进行了指导和帮助。感谢已毕业的 高玉姣 博士和 安可心 同学提供的 TaHAG1 基因 CRISPR 基因编辑材料，感谢 刘泽辉、刘德彪、陈永明 等同学在研究过程中的付出和帮助，特别感谢 杨祖欢 同学在小麦 VIGS 实验上的指导和帮助！

本研究得到了国家自然科学基金（32171971，32072001，32130078）、分子设计育种前沿科学中心项目（2022TC145）和 2115 中国农业大学人才培养计划的资助。

团队简介

孙其信 教授作为学术带头人的中国农业大学小麦研究中心长期围绕 多倍体小麦广适性的遗传基础和分子机制、小麦产量性状形成、小麦品质性状遗传调控等一系列重要科学问题开展系统深入的研究。该团队在“十三五”期间共获得国家科技进步二等奖 1 项，国家技术发明二等奖 1 项，教育部高校科研优秀成果技术发明奖一等奖 1 项，中华农业科技奖优秀创新团队奖 1 项；近 5 年在小麦研究方向发表 Nature Communications、The Plant Cell、Molecular Plant 等高水平研究论文 50 余篇。

来源：作物联盟

转自：iPlants

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