陕西
小麦是主要粮食作物之一，其高产和稳产是农业研究工作中的重点。全球每年因病虫害造成的小麦产量损失达20%，其中仅小麦锈病病原体在全球造成的经济损失就高达43亿到50亿美元。因此，解析小麦抗条锈病相关作用机制对小麦抗病育种具有重要理论指导意义。植物免疫系统包括模式触发免疫(PTI)和效应触发免疫(ETI)，二者均伴随复杂的病原体识别和防御信号通路激活，产生细胞死亡。活性氧爆发和细胞死亡是目前已知小麦抗病基因发挥抗病功能的显著标志，是植物抗病反应的保守现象。但是，细胞死亡如何激发植物系统抗性仍是一个悬而未决的科学问题。
2023年9月2日，中国农业大学缑金营教授团队在Journal of Genetics and Genomics在线发表题为“Phosphorylation of KAT-2B by WKS1/Yr36 redirects the lipid flux to jasmonates to enhance resistance against wheat stripe rust”的研究论文。该研究立足于抗病坏死区域的代谢流，揭示了茉莉素(jasmonates,JA)在小麦抗条锈病过程中的合成调控机制，为作物抗病育种提供了新的理论指导和靶基因。
该研究首先利用JA活体成像系统，发现带有广谱抗病基因Yr36 (WKS1)的小麦植株在受到条锈菌侵染时，病原菌入侵位点周围的细胞会出现显著的JA响应荧光信号。细胞学和代谢组学结果表明，WKS1转基因小麦局部坏死区域叶绿体崩溃，叶绿体中的脂类累积多不饱和脂肪酸，其中包含一系列JA合成前体。在WKS1转基因小麦中，JA含量增加，而且活性形式的衍生物(如JA-Ile和JA-Val)亦显著提高。与之相吻合的是，WKS1可以结合并磷酸化JA合成过程中催化β氧化反应的关键酶KAT-2B，提高其酶活性。kat-2b突变体中JA含量降低，对条锈病抗性减弱；而KAT-2B转基因过表达植物中，JA大量累积，对条锈病抗性增强。进一步研究发现，JA作为化学信号，可以调控活性氧相关基因的表达，加速活性氧积累，形成正反馈，从而抑制条锈菌生长。
茉莉素合成和信号转导途径促进宿主对条锈菌防御的工作模型
综上所述，该研究揭示WKS1通过调控KAT-2B促进坏死细胞叶绿体中的脂类流向合成JA，进而增强小麦条锈抗性的作用机制。而JA合成和信号途径相关基因在无病菌压力情况下，具有增加光合源提高产量的潜力。因此，KAT-2B及相关JA合成和调控网络，有望同时增强小麦产量和抗病能力，助力未来小麦高产稳产生物育种。
湘湖实验室 (农业浙江省实验室)闫燕博士为该论文第一作者，中国农业大学小麦研究中心缑金营教授为通讯作者。河南大学张学斌教授协助测定了激素含量。相关工作得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、河南大学作物逆境适应与改良国家重点实验室开放课题基金和中央政府指导地方科技发展基金等项目资助。
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