近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心） 研究員周紹群課題組在《植物生理學(xué)》（Plant Physiology）在線發(fā)表了學(xué)術(shù)論文。通過(guò)分析致病疫霉在本氏煙草、番茄與馬鈴薯等茄科植物上早期侵染階段的互作轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，挖掘非寄主抗性相關(guān)功能基因。
晚疫病是由病原卵菌致病疫霉引起的毀滅性病害，對(duì)馬鈴薯和番茄的生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅，每年在全球范圍導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失與防控成本逾百億美金，是我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部認(rèn)定的一類農(nóng)業(yè)病害。如何建立番茄與馬鈴薯品種對(duì)晚疫病的廣譜持久遺傳抗性，是構(gòu)建晚疫病綠色防治技術(shù)體系的關(guān)鍵一環(huán)，也是番茄與馬鈴薯育種中的重要科學(xué)問(wèn)題。
研究收集了致病疫霉在侵染不同茄科植物24小時(shí)以內(nèi)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，用于基因共表達(dá)關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)分析與直系同源基因差異表達(dá)模式分析。分析結(jié)果表明，不同植物物種在致病疫霉侵染早期階段表現(xiàn)出明顯的轉(zhuǎn)錄程序差異，但這一差異隨著侵染進(jìn)程的推移而逐漸趨同。
基于這一結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用致病疫霉優(yōu)勢(shì)寄主物種（番茄、馬鈴薯）與非天然寄主物種（本氏煙草）之間的轉(zhuǎn)錄動(dòng)態(tài)差異鑒定驗(yàn)證了多個(gè)數(shù)量抗性基因。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一個(gè)在番茄與馬鈴薯中被特異性誘導(dǎo)上調(diào)的GONST1.1基因顯著惡化了致病疫霉侵染后的葉片壞死癥狀，而在MicroTom番茄品系中敲除該基因可將晚疫病抗性提升近30%，證明該基因是一個(gè)促進(jìn)致病疫霉侵染的寄主易感基因。
研究揭示了致病疫霉在侵染不同茄科植物時(shí)，其自身的基因表達(dá)模式也體現(xiàn)出明確的寄主物種特異性。研究挖掘到了多個(gè)協(xié)同表達(dá)的富甘氨酸蛋白編碼基因可能同樣具有效應(yīng)子功能；進(jìn)一步功能實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其中的兩個(gè)蛋白在植物中瞬時(shí)過(guò)表達(dá)后可分別促進(jìn)致病疫霉侵染或?qū)е轮参锝M織壞死。
研究為解析致病疫霉侵染分子機(jī)制提供了新見(jiàn)解，也為提升番茄與馬鈴薯晚疫病遺傳抗性提供了新思路。
基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）博士后蔡艷玲為該論文第一作者，周紹群為該論文通訊作者。該項(xiàng)目得到了廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，科技部重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目，中國(guó)農(nóng)科院創(chuàng)新工程，深圳市基礎(chǔ)科研機(jī)構(gòu)項(xiàng)目與深圳市杰出人才項(xiàng)目基金支持。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf112
