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上海科学家找到方法:基因层面打击水稻头号细菌“杀手”

2019-11-20 07:29:42  

世界粮食日期间,来自上海交通大学的消息称,由陈红友教授领导的植物与病原菌分子相互作用的研究小组揭示了病原菌效应蛋白这一植物病害敏感基因的“间谍”与“接头”之间的共同进化关系,并提出利用基因编辑技术阻断二者之间的共同进化过程,从而使植物获得广谱抗病(rls)育种的新途径,为解决作物抗病性丧失问题、确保食品安全提供了新思路。日前,这项研究成果在细胞出版社旗下植物科学领域的权威期刊《分子植物》(molecular plant)上在线发表。

收集了数百株白叶枯病病原菌

白叶枯病是三大水稻病害之一,是危害水稻生产的头号细菌“杀手”。植物病害的过程是一场病原菌与植物之间的战争,在这场战争中投入了大量的“军队”。为了抵御病原菌的入侵,植物通过角质、蜡和其他生化物质建造了一系列坚固的物理和化学“堡垒”。一方面,病原菌通过合成胞外降解酶、毒素和其他物质,从外部一层一层地破坏“堡垒”。另一方面,它们通过组装各种被称为分泌系统的装置,将大量效应蛋白“间谍”直接“潜入”植物的“堡垒”,在植物内部造成大规模破坏,最终打破“堡垒”。水稻白叶枯病最重要的效应蛋白“间谍”类型是ⅲ型分泌系统分泌的转录激活效应蛋白(tale蛋白)。

在农业部公益项目等项目的支持下,陈红友团队从全国各地水稻产区的病田中采集并分离了数百株白叶枯病病原菌菌株,测试了这些菌株对不同水稻品种的毒性,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,从几个高毒株中分离出几十个tale蛋白编码基因,并分别测定了它们的毒性。最后,“发现”了一种被称为pthxo2样“间谍”的新型主要tale蛋白,并在不同菌株中发现了五种这种蛋白。

基因编辑技术干扰“联合编码”

进入植物细胞后,水稻白叶枯病菌分泌的tale蛋白“间谍”可以逃避植物免疫系统的检测,伪装成水稻自身的转录激活剂,并与一种“潜伏”在水稻细胞中的敏感基因“接头”通讯。“接头代码”是特定氨基酸序列和双方dna序列之间的一组代码。

通过比较和分析新发现的“间谍”蛋白的序列,研究小组最初确定水稻易感基因ossweet13被怀疑是“接头”。经过不同分子生物学实验的反复验证,确定该基因是“间谍”的目标基因“接头”。同时,在启动子识别区也发现了十种不同类型的基因。因此,证明了病原菌的效应蛋白“间谍”与水稻易感基因“接头”之间存在共同进化关系。

在这一发现的基础上,研究组采用了新的基因编辑技术来干扰“联合编码”的识别,从而同时阻断了多个细菌故事蛋白“spies”的破坏活动,最终获得了一种对白叶枯病具有广谱抗性的水稻新种质,并提出了一种阻断植物易感性、获得广谱抗病性的新育种途径。目前,专家们正在将这项技术应用于杂交水稻优良亲本的改良。预计在1-2年内可以培育出稳定的遗传品种,这将大大缩短杂交水稻的育种年限。

总编辑:徐瑞哲文字编辑:彭德谦主题地图来源:视觉中国图片编辑:朱琳

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