植物免疫研究團(tuán)隊(duì)研究成果在Cell（《細(xì)胞》）發(fā)表

7月14日，國際頂級(jí)期刊Cell（《細(xì)胞》）在線刊發(fā)我院植物免疫團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)18年的研究成果——發(fā)現(xiàn)了小麥中協(xié)助條銹菌感染的“真兇”——感病基因，并通過敲除感病基因，使得小麥不易遭受條銹菌的侵染，開辟了抗病小麥育種的新思路和新途徑。

小麥?zhǔn)鞘澜绶N植最廣泛的禾谷類作物之一，為全球超過25億人口提供主食，是最重要的糧食作物。然而，病蟲害常造成小麥產(chǎn)量重大損失，嚴(yán)重威脅著糧食安全。小麥條銹病是氣傳性的真菌病害，具有易傳播流行特性，是小麥頭號(hào)重大生物災(zāi)害，在全世界小麥種植區(qū)均有發(fā)生。我國一直是發(fā)病最重的區(qū)域，建國以來先后發(fā)生過8次大流行，防治后仍累計(jì)損失小麥產(chǎn)量138億公斤，被稱為小麥的“癌癥”，所以條銹病被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部列為一類農(nóng)作物病害。

小麥條銹病因條銹菌而發(fā)病傳播。條銹菌是一種活體營養(yǎng)寄生的真菌，須依賴活體小麥才能生存。植物免疫團(tuán)隊(duì)聚焦小麥條銹菌活體營養(yǎng)寄生特性，挖掘出全球首個(gè)被病菌毒性蛋白利用的小麥感病基因TaPsIPK1——編碼胞質(zhì)類受體蛋白激酶。感病基因負(fù)調(diào)控小麥的基礎(chǔ)免疫，能夠被條銹菌分泌的毒性蛋白PsSpg1劫持，從細(xì)胞質(zhì)膜釋放進(jìn)入細(xì)胞核，在細(xì)胞核操縱轉(zhuǎn)錄因子TaCBF1，抑制抗性相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，增強(qiáng)TaPsIPK1的轉(zhuǎn)錄水平，放大TaPsIPK1介導(dǎo)的感病效應(yīng)，促進(jìn)小麥感病。成果系統(tǒng)揭示了PsSpg1-TaPsIPK1-TaCBF1d的磷酸化與轉(zhuǎn)錄調(diào)控級(jí)聯(lián)途徑介導(dǎo)的感病機(jī)制。并利用基因編輯技術(shù)精準(zhǔn)敲除感病基因，破壞了毒性蛋白和感病基因的識(shí)別和互作，實(shí)現(xiàn)了小麥對(duì)條銹病的廣譜抗性。在大田試驗(yàn)中，小麥編輯品系在保持作物主要性狀品質(zhì)的前提下，展現(xiàn)出了高抗條銹病的特點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用潛力。

感病基因的工作模式圖

該項(xiàng)成果的重大意義在于小麥感病基因鑒定與利用方面的原創(chuàng)性重大成果，是實(shí)現(xiàn)種源自主可控，提升種業(yè)原始自主創(chuàng)新能力的跨越性突破。一是小麥感病基因的發(fā)現(xiàn)是植物與病原菌互作領(lǐng)域的重大突破，標(biāo)志著我國在該領(lǐng)域邁出了一大步，處在了世界領(lǐng)先水平。二是打破了目前小麥主要利用抗病基因育種的傳統(tǒng)思路，豐富了抗病育種可利用的基因類型，開辟小麥生物育種新途徑，為我國現(xiàn)代生物育種和病害綠色防控提供了科技支撐。

我院博士后王寧，湯春蕾副研究員和博士生樊昕為論文共同第一作者，王曉杰教授、康振生院士為通訊作者。我校為第一作者單位，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所周儉民研究員參與研究工作。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、國家外專局111項(xiàng)目、國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和陜西省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的支持。

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