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加工所科研团队发现跨膜受体蛋白介导棉花对黄萎病的抗性分子机制

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  近日,中国农业科学院农产品加工研究所戴小枫研究员领衔的加工有害生物创新团队在跨膜受体蛋白介导的棉花抗黄萎病分子机制研究中取得新进展。该研究从棉花中鉴定出两个具有抗黄萎病功能的跨膜受体类抗病基因,揭示了其依赖胞吞过程调控抗病防卫反应的关键作用过程。相关研究成果于5月29日在线发表在《植物科学前沿(Frontiers in Plant Science)》上。

  棉花黄萎病是由大丽轮枝菌引起的头号生产病害,也是世界性难题,造成我国棉花年均产量损失15%以上,严重威胁棉花生产安全。阐明抗病机理、挖掘抗病基因一直是棉花抗黄萎病分子遗传改良的前提,一直未有突破。跨膜受体蛋白曾被报道在调控抗病防卫反应中起到重要作用,但是否参与棉花抗黄萎病的功能及可能存在的调控机制与途径研究却未有报道。

  该研究从海岛棉中克隆到两个强烈应答大丽轮枝菌侵染的跨膜受体蛋白基因GbaVd1和GbaVd2,两个基因均编码富含亮氨酸重复(LRR)序列的胞外区、跨膜结构域、胞内短肽等跨膜受体蛋白典型的结构域;利用病毒诱导基因沉默技术鉴定发现GbaVd1和GbaVd2基因沉默后抗病海岛棉对大丽轮枝菌抗性转变为高感,在拟南芥中过表达这两个基因则显著提高了转基因株系维管束的木质化程度、增强了对大丽轮枝菌的抗性,表明GbaVd1和GbaVd2基因具有抗黄萎病功能。进一步分析了转基因拟南芥材料相对于野生型的基因表达谱,发现GbaVd1和GbaVd2的调控功能及路径存在分化,但均影响了胞吞作用过程并激活了WRKY、AP2等转录因子表达,从而调控大量植物细胞壁合成相关基因参与维管束木质化过程,增强寄主植物对黄萎病的组织入侵抗性。该研究揭示了棉花跨膜受体蛋白介导的黄萎病抗性机制及其基因调控网络,建立了人类对棉花抗黄萎病分子机制的新认识,为进一步利用抗病基因开展棉花抗性分子遗传改良奠定了基础。

  该研究以加工所为第一完成单位,团队研究骨干陈捷胤副研究员和博士研究生李楠洋为文章共同第一作者,戴小枫研究员通讯作者。该研究得到了中国农科院科技创新工程、国家自然科学基金、公益性行业(农业)科研专项等项目的资助。

原文链接:http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fpls.2017.00844/full

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