水稻抗病机制研究及应用方面获重要进展

2017-05-23 | 作者: 华中农业大学 | 标签: 睡到抗病机制

5月17日,《自然》(Nature)期刊在线发表了华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室水稻团队王石平教授课题组与美国杜克大学董欣年教授实验室合作在植物抗病机制及应用研究上取得的研究成果。文章标题为“uORF-mediated translation allows engineered plant disease resistance without fitness costs”。该项工作通过在翻译水平上精准调控抗病基因的表达,在显著提高植物对不同类型病原菌广谱抗病性的同时,不影响其它农艺性状。该研究成果在农作物生产上有重要应用价值。

病害是影响农作物安全生产的重要因素之一。为了提高农业生产上农作物对不同病害的抗性,育种家常常通过杂交手段将不同类型的抗病基因聚合在一起。但是这种在农作物中机械性累积多个抗病基因于一身的杂交手段带来了负面影响,一方面农作物的农艺性状,尤其是产量等受到影响,另一方面会引起病菌的变异,造成抗病基因功能的丧失。

农作物类似于一座城池,抗病基因好比警戒外敌入侵的守卫。如果在和平年代,城池整个防御系统一直严阵以待,时刻保持高度警戒,那么在有限的资源条件下,势必会影响城池的其它方面建设和发展。同样,在外敌入侵时,如果能够及时警戒,集中优势兵力将来犯者围歼于萌芽初态,势必会最大程度降低对城池全面发展的负面影响。因此,如何协调正常防卫和全面和谐发展之间的关系就显得十分重要。

此前,美国、法国、中国、日本、印度等多个实验室分别独立发现模式研究植物拟南芥的核心抗病反应调控基因NPR1可以显著提高很多农作物对不同病害的抗性,但是会影响农作物的产量等性状,限制了其广泛应用。为了解决这一突出矛盾,水稻团队王石平教授课题组与美国杜克大学董欣年教授实验室优势合作,采取双盲实验,通过利用uORF(上游开放阅读框)在翻译水平上精准调控该抗病蛋白NPR1的表达。在没有病原菌入侵时候,NPR1蛋白处于极低表达水平;一旦有病原菌危害,NPR1蛋白快速表达,短时间内即可阻止病菌的入侵。在水稻中进一步研究发现精准调控NPR1的表达,不仅不影响水稻的农艺性状,并且对水稻生产上重要病害—稻瘟病、白叶枯病和细菌性条斑病均有很好的抗性。  

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来源:华中农业大学

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