Plant Cell | 普渡大学研究揭示高粱对病原真菌的广谱抗性机制！

植物病原体导致全球农作物损失的15-30%。遗传抗性已经成功地限制了一些作物的病害损失。这种方法主要依赖于利用植物先天免疫系统的自然变异，它可以有效地限制侵染或抑制侵染后病害症状的发展。根据目前的研究，植物免疫系统的两个主要分支是病原体相关分子模式（PAMP）引发的免疫（PTI）和效应因子引发的免疫（ETI）。PTI是一种抗病形式，由位于植物细胞膜表面的质膜锚定模式识别受体（PRRs）识别PAMPs而启动。PRRs对PAMPs的识别激活了一系列的免疫反应，包括产生抗菌防御化合物和致病相关蛋白以及积累活性氧。这种形式的抗性通常是定量的，通常与病原体的菌株无关。高粱（Sorghum bicolor）是全球第五大广泛种植的谷类作物，为数百万人提供粮食安全。由真菌高粱刺盘孢（Colletotrichum sublineola）引起的炭疽病是全世界高粱的一种主要病害。

2022年1月9日，国际权威学术期刊The Plant Cell发表了美国普渡大学Tesfaye Mengiste团队的最新相关研究成果，题为Broad spectrum fungal resistance in sorghum is conferred through the complex regulation of an immune receptor gene embedded in a natural antisense transcript的研究论文。

科研人员在高粱中发现了一个主要的真菌抗性位点，由核苷酸结合的富含亮氨酸重复（NLR）受体基因ANTHRACNOSE RESISTANCE GENE1（ARG1）组成，该基因完全嵌套在一个顺式自然反义转录基因的内含子中，该基因被称为CARRIEROF ARG1（CARG）。易感基因型表达CARG和两个交替剪接的ARG1转录本，编码缺乏富含亮氨酸重复结构的截断蛋白。在抗性基因型中，一个完整的ARG1等位基因的表达升高，归因于CARG转录的丧失和微型反向重复可转座元件序列的存在，导致了对具有不同毒力策略的真菌病原体的广谱抗性。抗性基因型中ARG1的表达增加也与组蛋白H3K4和H3K36甲基化程度较高有关。在易感基因型中，较低的ARG1表达与H3K4和H3K36甲基化的降低和CARG的天然反义转录本的表达增加有关。与H3K9me2相关的抑制性染色质状态在CARG外显子内表达的基因型中较低，在CARG低表达的基因型中较高。因此，ARG1受到多种机制的调控，并赋予高粱对病原真菌的广谱强抗性。

图1. 高粱品系SC283和TAM428对高粱刺盘孢的病害反应和抗性基因座的鉴定

图2. 绘制的基因组区域的精细图谱和序列比较确定了ARG1

图3. CARG和ARG1基因的基因组结构和RNA-seq分析以及上游调控元件

图4. 分子标记的共分离，以及重组近交系和不同高粱品系的病原体反应

图5. ARG1和CARG表现出截然不同的表达模式和继承性

图6. 易感基因型的ARG1等位基因产生两种不同剪接的转录物

图7. 微型反重复转座元件和5'UTR内含序列对CARG和ARG1基因的调控

图8. CARG-ARG1染色质的活性和抑制性组蛋白H3赖氨酸甲基化的变化

图9. 最大似然法和基于JTT矩阵的ARG1氨基酸序列的模型分析，显示了42种不同高粱基因型的进化关系

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