Nature plants | 植物凝集素受体激酶在作物数量抗性和非寄主抗性中发挥重要作用

欢迎点击查看：

全球粮食安全在很大程度上受到植物病害的威胁。作物锈病，包括条锈病，杆锈病和叶锈病被认为是威胁粮食生产的最重要的病害之一。小麦条锈病在中国小麦产区极易流行，危害尤其严重。近年来小麦杆锈菌Ug99在世界范围流行，造成小麦大面积减产。叶锈病虽然不容易大面积流行，但是其分布广泛，根据最近的文章报道，在全球范围内由叶锈病造成的小麦减产在31种有报道数据的小麦病害及虫害中居首。在生产中应用抗性基因被认为是最为经济，有效且环保的手段（点击话题：植物病原微生物）。

图：大麦叶锈菌

典型活体营养型的锈菌具有很强的专化性。绝大多数禾本科的粮食作物都有其专化的锈菌。例如栽培大麦受到到大麦叶锈菌Puccinia hordei(Ph)的危害，但是由于非寄主抗性的存在，其对野生球茎大麦叶锈菌P. hordei-bulbosi(Phb)和小麦叶锈菌P.triticina(Pt)都免疫。

荷兰瓦赫宁根大学植物育种系及沙特阿卜杜拉国王科技大学沙漠农业中心的研究团队克隆到栽培大麦中的Ph微效数量抗性基因Rphq2和来自野生球茎大麦的Ph主效数量抗性基因Rph22(已经通过远缘杂交的方式导入到栽培大麦中)。Rphq2和Rph22编码了直系同源的植物凝集素受体激酶(Lectin receptor kinase, LecRK)。

研究人员将两个基因转到大麦Golden SusPtrit(荷兰瓦赫宁根大学和德国IPK共同培育的易于遗传转化且在苗期高感Pt及Phb的实验品种)中。Rphq2和Rph22的转基因株系分别接种了三种叶锈菌Ph，Phb和Pt。实验发现针对Ph的微效抗性基因Rphq2对非亲和的锈菌Phb和Pt具有较强的抗性；来自球茎大麦的Rph22对其亲和的锈菌Phb的抗性弱于非亲和的Ph和Pt。作者推测在植物与其亲和的寄主病原菌协同进化过程中，病原菌进化出逃避植物细胞表面病原识别受体识别的能力，从而增强了其致病性；而非寄主病原菌与植物之间则没有经历紧密的共进化的过程，也就没有进化逃避植物免疫系统识别的能力，所以通常植物表现为免疫。

该研究发现数量抗性和非寄主抗性有可能由同一类抗性基因所控制；并为通过远缘杂交引入抗性基因这一传统育种途径提供了理论依据；同时指出了新引入的抗性基因在与病原菌协同进化过程有被突破的风险；而且在远缘杂交引入抗性基因的过程中，其潜在的对非寄主病原菌的抗性等位基因也会被替换，从而增加了“host jump”的风险。

来自德国IPK，新西兰Plant & Food Research以及中国科学院植物研究所的科研人员也参与该研究。

喜欢就转发、收藏，点“在看”