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成都生物所揭示麥類作物抗禾谷孢囊線蟲分子機制
发表日期: 2021-05-17 作者: 张海莉 文章來源:
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 禾谷孢囊線蟲(cereal cyst nematode, CCN)是小麥生産上重要的病原線蟲。CCN會導致植株矮化等,進而造成産量損失。然而,小麥種內CCN抗性基因較爲缺乏,一些已報道的QTL位點也缺乏功能驗證,對CCN抗性機制的認識更是知之甚少。易變山羊草1號(Aegilops variabilis No.12n=4x=28, UUSvSv)同時抗根結線蟲和CCN,可用于小麥遺傳改良。前期研究發現苯丙氨酸代謝和色氨酸代謝途徑可能參與調控CCN抗性,于是對這兩條途徑的關鍵酶基因AevPAL1AevTDC1開展了功能研究。 

 課題組在之前的研究中已發現AevTDC1CCN抗性起正調控作用。在本項研究中,我們克隆了AevPAL1,確認該基因表達受CCN诱导且對CCN的抗性起正調控作用(圖1)。沈默AevPAL1後會顯著降低本底SA含量,但沈默AevICS並不明顯改變本底SA的含量,表明在易變山羊草1號中PAL途徑是SA本底合成的主要途徑。外源SA處理可顯著提高CCN抗性,表明SA含量的降低是減弱CCN抗性的重要因素(圖2)。 

 TDCPAL分别位于莽草酸下游的两条分支代谢途径,我们對AevPAL1AevTDC1CCN抗性反应中的关系进行了初步探讨。结果发现,在易變山羊草中二者的基因表达水平和對下游代谢产物含量的影響具有协同作用(圖3)。 

 在小麥中過量表達AevPAL1可以顯著提高CCN抗性,但不会對小麦株高、有效穗数、穗粒数和千粒重等产量相关性状造成负面影响(圖4),表明AevPAL1在小麥抗CCN遺傳改良中具有重要應用價值。有趣的是,AevPAL1AevTDC1過表達小麥的本底SA水平都显著地高于對照品种Fielder(圖5),暗示PALTDC這種相互關系可能在小麥族內比較保守。 

 本研究揭示了AevPAL1可能與AevTDC1協調作用,通過改變本底SA的含量和下遊次生代謝物影響CCN抗性(圖6)。AevPAL1可作为有效的基因资源在小麥抗CCN育種中加以應用。 

 研究結果以“PAL-mediated SA biosynthesis pathway contributes to nematode resistance in wheat”爲題在植物科學top期刊The Plant Journal在线发表。张海莉助理研究員为論文第一作者,龙海副研究員为通讯作者,余懋群研究員和邓光兵副研究員對该工作进行了指导和帮助。课题组已毕业博士黄秋兰、助理研究員梁俊俊、研究助理易玲和宋小娜等参與了其中部分工作。本研究得到了国家自然科学基金(批准号31501614),轉基因重大專項(2016ZX08009003-001),中科院西部博士人才項目,四川省農作物分子育種平台項目(2016NZ0103)和四川省農作物育種攻關項目(2016NYZ0030)的支持。 

 原文鏈接

  1:沈默AevPAL1降低了易變山羊草1号對CCN的抗性 

  2:沈默AevPAL1AevICS對本底SA含量的影響,以及SACCN抗性的作用 

  3AevPAL1AevTDC1的表达及對两条代谢途径物质的相互影响 

  4AevPAL1过表达小麦的表袌D皩CCN的抗性鑒定 

  5:小麥中PALTDC的表达相互关系及對SA含量的影響 

  6AevPAL1AevTDC1調控CCN抗性的作用網絡 

    


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