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上海交通大学科研团队开辟水稻广谱抗病育种新途径

斗破苍穹之无上之境

    陈功友教授(右)是通过加强水稻自我防御系统,检查田间白叶枯病病情,培育广谱、持久抗病的水稻新品种的一项经济、绿色的病害防治措施。上海交通大学陈功友教授领导的植物-病原分子相互作用研究团队通过多年的研究,揭示了病原效应蛋白(spy)与植物敏感基因连接体之间的协同进化关系。提出利用基因编辑技术阻断二者的共同进化过程,使植物获得一种新的广谱抗病育种途径。为解决作物抗病损失问题,保障食品安全和食品安全,提出了新的思路。目前,研究成果已在线发表在《分子植物》细胞出版社植物科学权威期刊上。水稻白叶枯病是水稻三大病害之一,是水稻生产的头号细菌杀手。这种疾病在亚洲、拉丁美洲和西非数十个国家的水稻种植区普遍存在。植物病害的发生过程是一场没有火药的战争,是由病原菌和植物投入大量兵力进行的。为了抵御病原菌的入侵,植物通过角质、蜡等生化物质构筑了一系列坚实的理化堡垒。病原菌利用修筑栈道、秘密通过老仓库的策略,将大量有效的蛋白质间谍直接分泌到植物堡垒内部。这些间谍破坏了植物的内部,最后堡垒从内部被打破,植物遭受疾病。水稻白叶枯病最重要的效应蛋白之一是分泌型转录激活因子效应蛋白(TRAIL蛋白),其中仅有少数具有明显的毒性作用,称为主要效应蛋白。多年来,陈巩有教授的研究小组从中国不同产区的病区收集并分离了数百株细菌性白叶枯病菌,并对不同品种的毒力进行了检测,并进行了分子标记分析。发现这些菌株具有丰富的遗传多样性和毒性差异。通过基因组学和分子生物学工具,从多个高毒株中分离到几十个FITS编码基因,并分别测定其毒性。最后,我们鉴定出一种新型的pthxo2样蛋白,并在不同的菌株中发现了5种pthxo2样蛋白。水稻白叶枯病分泌的tale蛋白进入植物细胞后,可以逃避植物免疫系统的检测,伪装成水稻的转录激活因子,与隐藏在水稻细胞中的一种易感基因连接子接触。连接码是一组介于两侧特定氨基酸序列和dna序列之间的密码。一旦信号匹配,TALE蛋白就能识别并结合到疾病基因启动子的相应区域,激活疾病基因的表达,并从内部突破植物的防线。通过对新发现的spy蛋白序列的比较分析,研究小组初步确定水稻易感基因ossweet13可能是一个连接体。接下来,通过不同分子生物学实验的反复验证,最终确定该基因是此类间谍的靶基因连接子。同时,对3000份水稻种质资源的基因组分析表明,启动子识别区存在10种不同类型的基因。证明了水稻感病基因连接体与病原菌效应蛋白的特异性存在协同进化关系。根据水稻易感基因连接子Ossweet与病原菌Thale蛋白Spy的关系,陈公友的研究小组利用新的基因编辑技术,干扰了Spy与连接子之间的联合密码识别,从而阻断了多个细菌Thale的破坏活动。同时对蛋白质进行了检测,最终获得了一个具有广谱抗白叶枯病能力的水稻新种质,并提出了阻断。利用植物敏感性获得广谱抗病性的新途径。南京农业大学窦道龙教授对此进行了评价:本研究从理论上阐明了通过编辑多种抗病基因可以实现作物的广谱抗病。

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发布时间:00:32:37

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