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一箭双雕!水稻团队解码抗白叶枯病主效基因

既可持久抵抗病原菌侵害,又有利于抗倒伏

核心提示: 白叶枯病是水稻生产中最常见的细菌性病害,Xa4基因因其表现出持久的全生育期抗性,成为全球应用范围最广、时间最长的一个主效抗白叶枯病基因。为什么Xa4基因具有持久抗性?为什么携带Xa4基因的水稻品种在全球范围内被广泛种植?王石平课题组给出答案:Xa4基因可通过编码细胞壁相关激酶,增加细胞壁强度,进而“一箭双雕”,在提升细胞壁抵抗病原菌侵害的基础抗性的同时,增加茎秆强度、降低株高,增强水稻抗倒伏性,导致携带Xa4基因的水稻品种成为大自然的“宠儿”。

南湖网讯(通讯员 卓重 涵旗)病害是影响农作物生产的重要因素之一,白叶枯病是水稻生产中最常见的细菌性病害。利用主效抗病基因改良水稻品种一直是水稻生产中最重要的抗病策略。但是因为病原菌的变异,有些主效抗病基因的抗性容易丧失,利用具有持久抗性的抗病基因改良农作物一直是育种家的育种目标之一。在已经被利用的主效抗白叶枯病基因中,Xa4基因是应用范围最广、时间最长的一个。Xa4在很多国家种植的水稻中表现出持久的全生育期抗性,所以早在上世纪70年代便被引入商业化的水稻品种。携带Xa4基因的水稻品种在亚洲、非洲和南美洲的至少50多个国家种植,我国杂交稻也多带有该基因。

我校水稻团队王石平课题组早在2003年就精细定位了Xa4基因,为通过分子标记辅助选择的方法利用Xa4基因奠定了基础。最新研究发现,Xa4基因编码细胞壁相关激酶(cell wall–associated kinase),可以促进纤维素的合成,抑制细胞壁松弛,从而增加细胞壁强度。Xa4基因的这种功能使水稻抗白叶枯病菌入侵,同时还增强了茎秆的机械强度,植株高度有所降低,有利于抗倒伏,不降低产量。

植物的细胞壁是抵抗病原菌侵害的第一道屏障,是被称之为“基础抗性”的一部分,广泛存在于植物中。虽然“基础抗性”通常抗病能力弱,但其抗性不容易丧失。而该研究揭示Xa4基因调控的抗病反应与细胞壁的强度提高有关,且抗性强,从而解释了为什么该基因具有持久抗性。另外,Xa4基因可以同时增加茎秆强度、降低株高,改良了多种农艺性状,也可以解释为什么该基因被广泛长期地用于全球水稻改良。

3月3日,NaturePlants以封面故事的形式发表了我校生科院/作物遗传改良国家重点实验室水稻团队关于水稻抗白叶枯病主效基因Xa4克隆和机理研究的最新进展。文章标题为“Improvement of multiple agronomic traitsby a disease resistance gene via cell wall reinforcement”。该团队分离克隆了在全世界水稻生产中广泛应用的主效抗白叶枯病基因Xa4,揭示Xa4基因除调控对白叶枯病菌小种特异性的持久抗性外,还调控茎秆强度和株高等重要农艺性状。NaturePlants同时以新闻和点评(News& Views)形式配发两位瑞士科学家撰写的“Resistance: Double gain with one gene”的新闻点评。

该研究的第一作者是生科院已毕业博士研究生胡珂鸣,通讯作者是王石平教授。该研究受到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和863项目的资助。

审核人:张海涛

责任编辑:兰涵旗
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