河南农业大学“85后”青年教师发Nature子刊

3月15日，河南农业大学农学院陈锋教授团队在国际著名学术期刊《Nature Communications》在线发表了题为“A TaSnRK1α-TaCAT2 model mediates resistance to Fusarium crown rot by scavenging ROS in common wheat”的研究论文。该研究克隆了小麦茎基腐病抗病基因TaCAT2，并解析了其介导的小麦茎基腐病抗病新机制。

小麦茎基腐病是一种主要由假禾谷镰孢菌引起的全球性土传病害，该病发生时显著降低小麦产量，同时产生多种毒素和次级代谢物而降低品质，从而严重威胁人畜健康。本研究融合全基因组关联分析、巢式群体的外显子捕获及混池转录组等多种技术挖掘到一个小麦茎基腐病抗性基因TaCAT2。

图1 TaCAT2的定位及群体验证

为验证TaCAT2抗病功能，本研究通过病毒诱导基因沉默技术（VIGS）、突变体（EMS）和过表达转基因技术对TaCAT2进行功能验证。结果显示，当TaCAT2基因沉默时，小麦植株苗期和成株期的茎基腐病抗性均显著下降；当TaCAT2基因过表达时，小麦植株苗期和成株期抗性均显著增强。由此表明，TaCAT2基因正向调控小麦茎基腐病抗性。

图2 TaCAT2的抗茎基腐病功能验证

进一步以TaCAT2为诱饵进行酵母文库筛选，鉴定出一个互作蛋白激酶TaSnRK1α，并利用酵母双杂交技术、萤火素酶互补及Pull-down试验验证了互作关系。同时对TaCAT2单倍型筛选，找到一个抗性单倍型TaCAT2-R，并发现TaCAT2-R有一个关键磷酸化位点Ser214，体内外磷酸化验证了TaSnRK1α对TaCAT2-R的磷酸化作用。同时在烟草和小麦原生质体中证实TaSnRK1α对TaCAT2-R的磷酸化可增强后者的蛋白稳定性，从而增强TaCAT2-R在植物体内清除活性氧的能力，由此调控小麦茎基腐病抗性。本研究可为我国小麦茎基腐病抗病育种提供重要的基因资源，同时为小麦茎基腐病的遗传机制和调控机理解析提供了重要理论基础。

图3 TaSnRK1α磷酸化TaCAT2-R并增强其清除活性氧能力

河南农业大学农学院青年教师阳霞和在读博士生张磊磊为论文共同第一作者，陈锋教授为论文通讯作者。本研究受到国家自然科学基金区域创新重点项目（U23A20191）、国家重点研发计划（2023YFD1200403）、国家自然科学基金青年基金（32401800）和中国博士后科学基金（2022M711066）项目资助。

据悉，河南农业大学农学院陈锋教授团队在小麦茎基腐病研究方面已经取得了一系列重要进展，前期对小麦茎基腐病的重要遗传位点在全基因组水平上进行鉴定后，已经相继克隆出TaDIR、TaCWI、TaP5CS三个小麦茎基腐病重要调控基因，相关工作分别发表在：Nature Communications（2025），Journal of Integrative Plant Biology（2023），Plant Biotechnology Journal（2021），BMC Plant Biology（2019）。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-57936-x

来源：河南农业大学