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PNAS | 南京农业大学作物疫病团队揭示马铃薯广谱抗病基因的作用机制

来源：花匠小妙招时间：2025-06-17 15:32

马铃薯晚疫病是全球农业生产中的毁灭性病害之一，具有流行快、变异快等特点【1】。19世纪欧洲马铃薯晚疫病大流行曾经致使上百万人饿死，史称“爱尔兰饥馑”，折射出农作物安全生产对人类社会的深刻影响【2】。目前，随着诸多马铃薯抗病基因被晚疫病菌克服，全球抗病基因资源日益匮乏，发掘和保护广谱抗病基因已成为当务之急【3, 4】。

马铃薯晚疫病（云南，2017.7）

近日，南京农业大学作物疫病团队在PNAS上发表了题为Pathogen manipulation of chloroplast function triggers a light-dependent immune recognition的研究论文（direct submission），破解了马铃薯广谱抗病基因Rpi-vnt1.1的识别分子机制。

抗病基因Rpi-vnt1.1编码植物典型的NLR （Nucleotide-binding Leucine-rich Repeat）抗病受体【5】，能通过识别晚疫病菌分泌的AVRvnt1效应蛋白激活对晚疫病的广谱抗性【6】。含有Rpi-vnt1.1的马铃薯品种已进入北美市场，然而Rpi-vnt1.1的作用机制尚不清楚，制约了对该基因的进一步开发与利用。

该研究首先发现Rpi-vnt1.1识别晚疫病菌的功能具有光依赖性，随后研究人员筛选并鉴定到植物叶绿体甘油酸盐激酶（GLYK）作为AVRvnt1的互作蛋白是Rpi-vnt1.1识别AVRvnt1的关键因子。进一步研究发现马铃薯GLYK遗传位点上存在着具有光依赖性的可变启动子选择（alternative promoter selection, APS）调控机制，可在不同光条件下生成GLYK FL 和GLYK cyt 两种转录本。其中GLYK FL 是光照条件下的主要转录本，其产物含有叶绿体信号肽并分布于叶绿体内并维持叶绿体功能；而GLYK cyt 在黑暗条件下不断积累，受APS调节不编码完整的叶绿体信号肽，因此其产物滞留在细胞质内，这原本是植物的一种荫蔽反应【8】。病菌效应蛋白AVRvnt1正好靶向含有叶绿体信号肽的马铃薯GLYK FL ，通过阻遏GLYK FL 进入叶绿体进而导致植物感病。植物进化出抗病基因Rpi-vnt1.1识别这一行为并激活抗性，但这种抗性却在黑暗条件下因为AVRvnt1不能结合GLYK cyt 的而丧失。

AVRvnt1/Rpi-vnt1.1–mediated HR and plant immunity is light-dependent（DD: 24 h dark；LD: 12 h light/12 h dark).

综上，该研究阐明了一个具有重要农业价值的马铃薯广谱抗病基因作用机理，揭示了光照环境影响植物抗性的一个典型案例，为在全球气候变迁背景下开展晚疫病绿色防控提供了新线索。

据悉，该论文通讯单位为南京农业大学，第一作者为博士生高楚云，通讯作者为董莎萌教授，南京农业大学作物疫病创新群体的王源超教授、英国Sainsbury研究所Sophien Kamoun教授、伦敦帝国理工学院Tolga Bozkurt教授等专家及其团队也参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金创新群体、面上项目、江苏省研究生创新工程的资助。

[1] Haverkort, A.J., Struik, P.C., Visser, R.G.F. et al. (2009) Applied Biotechnology to Combat Late Blight in Potato Caused by Phytophthora Infestans . Potato Res. 52, 249–264.

[2] Great Famine (Ireland). https://en.wikipedia.org/wiki/Great_Famine_(Ireland).

[3] Vleeshouwers VG, et al. (2011) Understanding and exploiting late blight resistance in the age of effectors. Annual review of phytopathology 49:507-531.

[4] Yoshida K, et al. (2013) The rise and fall of the Phytophthora infestans lineage that triggered the Irish potato famine. eLife 2:e00731.

[5] Foster SJ, et al. (2009) Rpi-vnt1.1, a Tm-2(2) homolog from Solanum venturii, confers resistance to potato late blight. Molecular plant-microbe interactions : MPMI 22(5):589-600.

[6] Pel MA (2010) Mapping, Isolation and characterization of genes responsible for Late Blight Resistance in Potato.

[7] Ridler. K. (2016). FDA gives OK for company's genetically engineered potato. The Washington Times.

[8] Ushijima T, et al. (2017) Light Controls Protein Localization through Phytochrome-Mediated Alternative Promoter Selection. Cell 171(6):1316-1325 e1312.

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