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Cell：中科院研究组成功克隆广谱抗根肿病基因

来源：花匠小妙招时间：2024-11-07 12:29

根肿病是对油菜、卷心菜、西兰花、花椰菜、抱子甘蓝、萝卜等十字花科植物危害最大的一种病害，每年在中国的发病面积达 4800-6000 万亩，约占全国十字花科作物种植面积的 30%，作物损失惨重。大规模连作和农业机械化更是加速了其传播蔓延。

根肿病由芸苔根肿菌（Plasmodiophora brassicae）导致，这种致病菌在土壤中可存活二十年之久。受侵害的植物初期根部形成形如手指、短棒或球状的瘤状物，进而影响根部对水分和营养物质的吸收，表现为植株矮小、逐渐萎蔫甚至死亡。

▲图 | 花椰菜的根肿病（来源：[3]）

理论上，根肿病可通过轮作、推迟播期、净土育苗移栽和化学药剂等方式防治，但这些方法提高了生产成本，或对水土有污染，效果有限。培育具有抗病基因的品种是最为绿色、经济、高效的方式。

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所陈宇航和周俭民团队合作发现了广谱抗根肿病基因WeiTsing（WTS，卫青）并阐明了其作用机制，该基因在育种中有良好的应用前景。研究结果以“WeiTsing, a pericycle-expressed ion channel, safeguards the stele to confer clubroot resistance”为题发表于Cell。

（来源：[2]）

为了鉴定根肿病抗性基因，研究人员将 117 个拟南芥种质接种了根肿菌，从中发现了抗病植株，并且发现其对从中国不同地理位置收集的 16 种根肿菌都具有很强的抗性，表明该植株具有对根肿菌的广谱抗性。

通过转基因将该抗病基因引入油菜（Brassica napus），也使油菜具有了对根肿菌的广谱抗性，且油菜生长发育完全正常。

接下来，研究人员探索了该基因的时空表达。研究发现，该基因在转录水平上受到严格调控；并在根肿菌感染后，在中柱鞘细胞中特异性表达。

其在中柱外围形成保护屏障、阻止根肿菌在中柱鞘细胞定植，从而保护植物根部维管束系统免受病菌侵害的作用模式，令人联想起在黄河以北的阴山外围击败匈奴入侵者以保卫自己国家的西汉将领——卫青，故而将该基因命名为WeiTsing。

进一步研究发现，WTS 编码一种位于内质网的小蛋白质，它的表达可以激活典型的植物免疫反应，并可触发细胞死亡。重要的是，冷冻电子显微镜（cryo-EM）显示，该蛋白是一种以前未知的、具有中央孔的五聚体结构；电生理学分析进一步表明，它是一种钙渗透性阳离子选择性通道。结构引导的诱变表明，通道活性是触发防御的严格条件。这些发现揭示了一种类似于抗性体的离子通道，该离子通道在中柱鞘中触发免疫信号传导。

综上所述，WTS的发现为油菜抗根肿病分子育种带来了富有潜力的应用价值，其独特的作用机理也对植物生理与土传病害抗病机制的研究有重要意义。

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