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我校科学家发现病原菌侵害植物新机理

通过调控水稻体内铜的分布侵害水稻

    水稻与病原之间,也存在着类似人类社会“攻防战”的故事。华中农业大学的科学家发现,白叶枯病菌通过水稻自身必不可少的基因,调控水稻体内铜的分布来侵害植物的新机理。
    该校作物遗传改良国家重点实验室王石平教授课题组的研究表明,有的白叶枯病菌对铜非常敏感,增加培养基中铜的含量可抑制这类白叶枯病菌的生长繁殖。铜是植物生长发育所必需的微量元素,也是部分农药中的主要成分。水稻从根部吸收铜,通过导管将铜运输到植株的各个部位。而白叶枯病菌通过导管在水稻体内蔓延引起病害。他们研究发现,白叶枯病菌通过激活Xa13基因的表达,来调控铜在水稻体内的重新分布侵害水稻。Xa13蛋白和另外两种蛋白质COPT1和COPT5在细胞膜上共同作用,将细胞外的铜运输进细胞内,从而减少导管中的铜,使白叶枯病菌能够在导管中繁殖并蔓延,造成水稻病害。
    这些研究结果不仅揭示了病原细菌利用宿主基因征服宿主的一种新机理,同时也揭示了可能涉及水稻与病原共进化一个典型例子。Xa13基因是水稻生殖发育(延续后代)必不可少的基因。世界上第一个商业化的农药是波尔多液,它的主要成分是硫酸铜和熟石灰。50年代世界上防治水稻白叶枯病就是用波尔多液;随后问世的部分农药也是以铜作为主要成分。目前波尔多液仍然是防治某些农作物病害的农药。白叶枯病菌能够通过避铜侵害水稻是因为它能够分泌一种效应蛋白进入水稻细胞内,该蛋白与Xa13基因的启动子结合,激活它表达。含这种效应蛋白的白叶枯病菌的出现可能就是因为大量使用含铜农药的结果,使这些病菌利用水稻生长繁殖必不可少的基因侵害水稻。而应对这类白叶枯病菌,水稻中产生了启动子突变的隐性抗病基因xa13,它的表达不被白叶枯病菌激活,使水稻的导管内铜含量能够抑制白叶枯病菌的生长,从而水稻抗病。
    白叶枯病是水稻的重要病害之一,可以造成严重产量损失甚至绝产。了解白叶枯病菌侵害水稻的这一机制,将有助于设计有效途径培育抗病水稻品种。
    相关研究论文已于2010年9月17日在国际植物生物学研究领域的顶级杂志《Plant Cell》在线发表,该杂志将此文作为重点推荐文章,同时在线配发了介绍文章。论文第一作者为博士生袁猛,通讯作者为王石平教授。11年来,王石平课题组一直在对隐性抗病基因xa13进行研究,这是继该课题组2006年在《Gene & Development》杂志上发表克隆xa13基因论文后,再次围绕该基因研究的重要突破。
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责任编辑:范敬群