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华中农业大学棉花团队攻克棉花抗枯萎病分子育

发布时间:2021-02-20 16:02 作者:admin 来源:未知 点击: 字号:

       2021年2月19日,华中农业大学棉花遗传改良团队在国际期刊Advanced Science上在线发表了题为“A Single-Nucleotide Mutation in a GLUTAMATE RECEPTOR-LIKE Gene Confers Resistance to Fusarium wilt in Gossypium hirsutum”的研究论文。该研究首次鉴定到陆地棉抗枯萎病主效基因Fov7,并首次发现谷氨酸类受体(GLUTAMATE RECEPTOR-LIKE,GLR)可作为非典型主效抗病基因调控植物免疫反应。研究完善了植物与病原菌分子互作理论体系,为棉花抗枯萎病分子育种提供了技术支撑,并对棉花抗黄萎病研究提供了借鉴。
 
       尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)是一种广泛存在的土传病原真菌,其寄主范围广泛,可侵染包括茄科蔬菜、瓜类、棉花、香蕉及花卉等100多种具有重要经济价值的植物,位列全球十大病原真菌第五位,对全球农作物健康生产危害严重。棉花枯萎病(Fusarium wilt)是由尖孢镰刀菌萎蔫专化型(Fusarium oxysporum f.sp.vasinfectum(Fov)Atk.Sny & Hans)引起的真菌病害,是世界棉花生产过程中危害最严重的病害之一,与黄萎病并称为棉花的“癌症”。目前世界范围内已鉴定到8个生理小种(1-8),其中7号生理小种在我国分布最为广泛且致病力最强,是影响我国棉花生产的优势小种。前人的研究表明,棉花对尖孢镰刀菌萎蔫专化型7号生理小种的抗性由一个或两个主效抗病基因及一些微效基因控制,但陆地棉抗枯萎病的主效基因及其介导的抗病机制长期未知,影响了棉花抗枯萎病育种效率。
 
       该研究利用290份陆地棉栽培种组成的自然群体经过多年田间鉴定,结合覆盖全基因组的高密度SNP标记对棉花枯萎病抗性进行了全基因组关联分析,鉴定到棉花抗枯萎病菌7号生理小种的主效抗病位点Fov7,并对Fov7的候选基因进行了验证和功能分析。研究发现Fov7定位在D03染色体1.97-2.37 Mb,该区间包含23个候选基因。进一步分析表明显著性最高的SNP位点位于一个编码谷氨酸类受体(GLR)基因Gh_D03G0209的编码区,导致该基因胞外结构域有一个氨基酸变异。拟南芥GLRs分为三个亚家族,其中AtGLR3.3在拟南芥免疫系统中起重要作用。蛋白序列的进化分析表明陆地棉具有不同于拟南芥GLR三个家族的第四个亚家族GLR4,Gh_D03G0209属于第四亚家族成员,并将其命名为GhGLR4.8。研究发现,在高抗枯萎病的棉花品种中抑制GhGLR4.8的表达或通过基因编辑突变GhGLR4.8都使得棉花品种变得极为感病。根据GhGLR4.8在抗病和感病品种中等位基因的SNP变异开发了基于PCR扩增的分子标记,并建立了可区别GhGLR4.8抗病基因型和感病基因型的检测体系。通过人工分离群体证明该标记与棉花抗枯萎病共分离,可实现棉花抗枯萎病种质资源的快速筛选与鉴定。以上研究证明,棉花抗枯萎病主效基因Fov7编码谷氨酸类受体(GLR),是一种新的植物非典型主效抗病基因。该研究完善了植物与病原菌分子互作理论体系,为棉花抗枯萎病分子育种提供了技术支撑,并对棉花抗黄萎病研究提供了借鉴。
植物科学技术学院博士生柳仕明为第一作者,朱龙付教授为通讯作者。棉花遗传改良团队张献龙教授等参与了项目指导,新疆农业科学院经济作物研究所、石河子大学、新疆农垦科学院及英国杜伦大学等国内外多家单位参与了研究工作。项目受到国家自然科学基金和国家重点研发项目的资助。
原文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202002723
 
文章来源:微信公众号——植物生物技术Pjb
 

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