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重大突破!浙师马伯军科研团队潜心15年率先克隆水稻白叶枯病“克星”基因!

发布时间: 2021-01-18 10:38 来源: 浙师大   浏览次数:   

近日

浙师大科研团队的一项研究成果刷屏朋友圈

各大科学媒体平台争相报道

引来了大家的广泛关注

在新华社、浙江新闻客户端的浏览量

分别超112万、19.5万

 

 

 

据了解

浙师大化学与生命科学学院马伯军教授课题组

中国水稻所钱前院士团队合作

成功克隆出了水稻白叶枯病的“克星”

——持久抗病基因Xa7

通过揭示Xa7高抗、广谱、持久、耐热特性的新抗病分子机制

为水稻白叶枯病的长效防控奠定了基础

 

 

1月9日,浙江师范大学化学与生命科学学院马伯军教授课题组与中国水稻所钱前院士团队联合在Plant Communications》上在线发表了题为“Xa7, a New Executor R Gene that Confers Durable and Broad-Spectrum Resistance to Bacteria-Blight Disease in Rice的研究论文。化学与生命科学学院陈析丰副教授、刘鹏程博士后和梅乐硕士为该论文的共同第一作者,马伯军教授为通讯作者,浙江师范大学为第一完成单位,中国水稻所钱前院士团队共同设计参与了该研究。病是什么?

 

白叶枯病(bacterial blight)是我国水稻生产上最严重的细菌性病害之一,与稻瘟病、纹枯病并称为水稻的“三大病害”。在20世纪80年代以前,白叶枯病常爆发成灾,通常导致水稻减产20~30%,严重时可达50%,甚至绝收。随着我国主栽水稻品种中Xa4、Xa21等抗性基因的引入,白叶枯病曾一度得到有效地控制,发病情况越来越轻。但是,随着全球环境的逐渐变暖,白叶枯病菌的不断变异,陆续出现了新型致病变种,导致主栽水稻品种逐渐失去抗病性。近些年,水稻白叶枯病又呈逐年加重的趋势,“老病新发”的问题日益严重,产量损失巨大,严重威胁到粮食安全。因此,从水稻中克隆具有广谱且持久抗病特性的新基因,解析其抗病分子机制,具有重要研究意义和育种价值。


Xa7基因就像一把双管猎枪,有两个扳机。白叶枯病菌分泌的两个重要效应因子一旦被其识别,它就会秣马厉兵,阻止白叶枯病菌的入侵。马伯军打了一个形象的比方,说明水稻抗病基因可以识别病原菌所携带的效应因子,监控病原菌的入侵,并启动防卫反应。


陈析丰(左二)  马伯军(左三)

Xa7是目前国际公认对白叶枯病菌抗性最持久的明星基因,具有重大育种价值和应用前景。由于该基因的抗病表现非常独特,国内外多个高水平研究团队一直在尝试克隆该基因,但20多年来一直没有成功,Xa7成为了水稻抗白叶枯病基因研究中留下的最难克隆的基因,其抗病分子机制这个科学问题也长期悬而未解。

 

该研究团队历时15的不懈努力,克服种种困难,利用图位克隆技术与辐射诱变抗病抑制子筛选,终于将Xa7基因精细定位在水稻第6号染色体上一个很小的区间内,并通过大量的转基因功能互补实验,最终克隆了Xa7基因,取得突破性进展。


同时,研究还表明Xa7基因的表达可被白叶枯病菌诱导,进而激活水稻的防卫反应,有效阻止了病菌的入侵。Xa7基因的启动子区可捕获白叶枯病菌的两个重要效应子AvrXa7PthXo3,这两个效应子在白叶枯病菌中广泛存在,而且是其致病性的关键,含有此效应子的白叶枯病菌均能诱导Xa7基因表达,触发抗病应答,使得含该基因的水稻植株具有广谱、持久抗病性的特质。不仅如此,在高温环境下Xa7基因的这种诱导表达更为快速强烈,其抗病性也变得更强,在全球气候逐渐变暖的趋势下,该基因的育种应用将尤为重要。研究结果揭示了一个重要的白叶枯病抗性Xa7基因及其抗病分子机理,展示了其重要的育种应用价值。

Plant Communications》期刊于20201月正式创刊,是国际植物科学领域顶尖期刊《Molecular Plant》(最新影响因子12.084)的姊妹刊,同为Elsevier集团旗下Cell Press合作期刊。


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