中国团队解析植物免疫新机制 服务作物广谱多抗品种精准设计

来源：中国新闻网

中新网北京3月28日电 (记者 孙自法)记者从中国科学院遗传与发育生物学研究所(遗传发育所)获悉，该所植物免疫团队和合作者最近研究揭示一种植物免疫新机制，填补了植物串联激酶(TKPs)免疫调控途径的空白，为作物广谱多抗品种精准设计奠定了理论和应用基础。

全新免疫机制

这项植物免疫领域重要研究由中国科学院遗传发育所刘志勇研究员领导的植物免疫团队，联合北京农学院、南京师范大学、崖州湾国家实验室、湘湖实验室等科研伙伴共同完成，相关成果论文北京时间3月28日凌晨在国际知名学术期刊《科学》(Science)上线发表。

WTK3的工作模型。中国科学院遗传发育所 供图

该研究论文揭示了串联激酶抵御病原菌入侵的全新免疫机制：一个非典型的NLR蛋白WTN1(Wheat Tandem NBD1)与串联激酶WTK3协同识别病原菌的效应蛋白激发免疫反应，表现对多种小麦真菌病害的抗性。这也突破领域内对串联激酶作用机制的认识，发现串联激酶与传统NLR协同抗病新范式。

重要育种价值

论文共同通讯作者刘志勇研究员介绍，串联激酶是近年来在小麦和大麦中发现的一类新型抗病蛋白，由两个或多个激酶结构域串联而成，分别表现出对条锈病、叶锈病、秆锈病、白粉病、麦瘟病和黑粉病的抗性，具有重要的育种价值。

研究团队前期从中国小麦地方品种和野生二粒小麦中，分别克隆得到编码新型串联激酶的广谱抗白粉病基因Pm24(WTK3)和Pm36(WTK7-TM)。不过，关于串联激酶这类新型抗病蛋白存在许多悬而未决的科学问题，包括串联激酶如何识别病原菌效应因子、串联激酶的不同激酶结构域在作物免疫反应中分别扮演什么样的角色、串联激酶通过什么免疫途径激活作物的抗病反应等。

两个功能模块

本项研究中，研究团队通过筛选抗白粉病基因Pm24(WTK3)的EMS诱变感病突变体，鉴定到一个WTK3抗病通路的关键因子WTN1，WTN1是与WTK3紧密连锁的非典型NLR蛋白。遗传学分析结果表明，WTN1的存在是WTK3免疫小麦白粉病的关键，WTK3-WTN1通过感受器-编码器的协同作用模式激活免疫反应。特别是WTK3不仅抗小麦白粉病，并且能够识别麦瘟病菌效应因子PWT4并触发免疫反应，具有潜在的抗麦瘟病能力。

研究团队进一步通过植物免疫学、生化实验、电生理实验和进化分析等多种方法，发现小麦中的WTK3和WTN1基因在进化过程中形成紧密的合作关系，共同帮助小麦抵抗病原菌的入侵。具体来说，WTK3有两个重要的功能模块：第一个模块任务是识别病原菌释放的“攻击信号”-效应蛋白；第二个模块是形成一个“防御小分队”，当感知到病原菌入侵后，WTK3-WTN1复合物迅速被激活，形成离子通道促进钙离子内流，从而激活超敏反应和细胞程序化死亡。

特有基因资源

刘志勇总结表示，前期研究表明Pm24(WTK3)基因为中国小麦地方品种所特有的基因资源，研究团队经过多年的回交转育，已将Pm24基因导入到多个高产小麦底盘品种，创制的抗病新种质已无偿发放给国内多家单位进行抗病育种利用。

小麦抗病基因Pm24(WTK3)高产抗病新种质的相关研究示范种植。中国科学院遗传发育所 供图

这些研究成果有望解决中国小麦主产区缺乏广谱抗白粉病基因资源的问题，同时为防控麦瘟病提前建立潜在的遗传屏障，并为中国农业可持续发展和产业升级提供重要的理论和技术支持。(完)