上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院陳功友教授研究組與美國密蘇里大學(xué)-哥倫比亞分校植物科學(xué)系唐納德-丹佛斯植物科學(xué)中心Bing Yang教授研究組合作,近日在Plant Communications合作發(fā)表題為“Xa1?allelic?R?genes activate rice blight resistance suppressed by interfering TAL effectors”的研究文章,報(bào)道了稻黃單胞菌先天免疫抑制因子iTALE使得Xa1及其等位基因的抗病譜變窄的最新研究成果。
稻黃單胞菌(Xanthomonas oryzae)稻致病變種(X.oryzae pv. oryzae, Xoo)和稻生致病變種(X. oryzae pv. oryzicola, Xoc)分別引起水稻白葉枯?。˙acterial Blight, BB)和細(xì)菌性條斑?。˙acterial Leaf Streak, BLS)。2016年該合作研究團(tuán)隊(duì)曾在Nature Communications首次從稻黃單胞菌中發(fā)現(xiàn)了克服Xa1抗性的iTALE(interfering TAL effector),之前認(rèn)為,其是轉(zhuǎn)錄激活類因子(TALEs)在進(jìn)化重組過程中的碎片,沒有生物學(xué)功能(https://www.nature.com/articles/ncomms13435)。該研究還發(fā)現(xiàn),水稻白葉枯病抗病基因Xa1(NLR家族),可以被任一典型結(jié)構(gòu)的TALE激活;不含有iTALE的Xoo和Xoc菌株均能激活Xa1抗性;在水稻-稻黃單胞菌無休止的軍備競(jìng)賽中,絕大多數(shù)菌株(~95%)進(jìn)化產(chǎn)生了iTALE,抑制了Xa1抗性。
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圖1. NLR類Xa1等位基因型抗性被?TALE激活或被?ITALE抑制的可能模式
隨后兩個(gè)研究組發(fā)現(xiàn),不含iTALE的Xoo菌株,還能在IRBB2 (Xa2)、扎昌龍(Xa31(t))、IRBB14(Xa14)、尼瓦拉野生稻Xa45(t)和Carolina Gold Select(CGS-Xo111)等水稻上激發(fā)過敏反應(yīng)。分離這些R基因發(fā)現(xiàn),它們均是Xa1的等位基因型,能被任一典型結(jié)構(gòu)的TALE激活抗性(ETI)并被iTALE所抑制(ETS)。這些成員的主要差別在其羧基端由93個(gè)氨基酸單一重復(fù)單元串聯(lián)形成的LRR功能域(圖1)。Xa14是該類成員中抗譜最廣和LRR重復(fù)單元數(shù)最少的成員。
據(jù)此推測(cè),在共進(jìn)化中,病菌的iTALE是TALE的逃逸子(decoy), 避免被識(shí)別;相應(yīng)地,在水稻中理論上存在Xa1等位基因型被TALE激活的逃逸子。目前中美兩個(gè)研究組正加強(qiáng)合作,試圖發(fā)現(xiàn)水稻中Xa1等位基因型的逃逸子,以便使得這類NLR類R基因在水稻生產(chǎn)上發(fā)生廣譜抗病性的作用。
該研究還提示,種植R基因的水稻品種仍是防控BB和BLS最為經(jīng)濟(jì)、有效和安全的防治措施,但還應(yīng)監(jiān)測(cè)和預(yù)警田間病菌的毒力進(jìn)化,科學(xué)指導(dǎo)R基因的應(yīng)用和布局。
密蘇里大學(xué)-哥倫比亞分校植物科學(xué)系博士后紀(jì)寵輝和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所副研究員紀(jì)志遠(yuǎn)為論文第一作者,堪薩斯州立大學(xué)Sanzhen Liu研究組參與了此項(xiàng)工作,Bing Yang教授和陳功友教授為共同通訊作者。該研究得到了中國國家自然科學(xué)基金、美國農(nóng)業(yè)部食品與農(nóng)業(yè)研究院(USDA/NIFA)和中國科協(xié)“青年人才托舉工程”等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接:https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(20)30110-3
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