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转多基因赋予小麦对病原真菌的广谱抗性

发布时间:2021-01-05 14:59 作者:admin 来源:未知 点击: 字号:

由于病原菌毒力的快速进化,培育具有持久抗病原真菌Puccinia graminis f.sp.tritici(Pgt)的小麦是一项挑战,在过去20年中出现了三株新的高毒力分离株(Science | 封面文章!内生真菌基因的水平转移打开小麦抗赤霉病的大门!)。通过引入一个以上的抗性基因可以提高耐久性和广谱抗性,但通过育种将众多不相连的基因结合起来是很费力的,从小麦中克隆了两类Pgt抗性基因:全阶段抗性(ASR)基因和成年植物抗性(APR)基因。ASR基因,Sr45和Sr50通常编码识别结合核苷酸的,富含亮氨酸的重复(NLR)蛋白,一种特定的Pgt分子(效应蛋白),通过真菌引入宿主植物细胞中以促进定殖,从而激活植物防御反应Nature子刊 | 最新研究揭示小麦赤霉病“罪魁祸首”—禾谷镰刀菌致病新机理!。真菌效应蛋白的存在、不存在或等位基因变异决定了哪个Pgt分离株对ASR基因有效。ASR基因对于作物保护非常有价值,但是当单独部署时,ASR基因通常会表现出短暂的抗性,因为病原菌效应蛋白会迅速进化以避免识别。结合使用ASR基因可以提高其耐久性,理论估计表明,单个Pgt分离株获得小麦中五个或更多ASR基因的毒力的可能性很小。

第二类基因,即APR基因在某些情况下,对多种病原菌有效,并且可以非常持久。然而,这些基因通常提供部分抗性,在严重的病原菌流行期间往往不足以保护作物。例如,Sr55、Lr67、Yr46或Pm46的基因对Pgt、Pucciniatriticina(Pt,小麦叶锈病菌)、Pucciniastriiformis f.sp.tritici(Pst,小麦条锈病菌)和Blumeria graminis f.sp.tritici(小麦白粉病菌)的所有测试分离株提供部分APR。Sr55编码一个缺陷的己糖转运蛋白,通过未知的机制提供抗性。目前的持久抗性范式认为,多个ASR基因强化的APR基因提供最持久的抗性。

近日,权威期刊Nature Biotechnoogy发表了澳大利亚联邦科学与工业组织(CSIRO)农业与食品研究所(Agricultural and Food)Michael Ayliffe教授团队的研究论文,题为A five-transgene cassette confers broad-spectrum resistance to a fungal rust pathogen in wheat

本研究通过将5个抗性基因作为一个单一位点引入小麦中,生成多基因Pgt抗性,并表明5个基因中至少有4个是有功能的。这些小麦品系对来自世界各地的侵袭性和高毒性的Pgt分离株具有抗性,并在田间表现出非常高的抗性。这个多基因位点的简单单基因遗传大大简化了其在育种中的应用。然而,一个新的Pgt分离株对该位点上的多个基因具有毒力,这表明抗性基因将需要战略部署以保持其有效性。







图3:多转基因系中抗性基因的表达和功能

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