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上海交大科学家开辟水稻广谱抗病育种新途径

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原始标题:基因击中第一细菌“杀手”

上海交通大学教授陈功有带领的植物与病原体分子相互作用研究小组通过多年的研究揭示了病原体效应蛋白“间谍”与植物易感基因“接头”之间的协同关系。编辑技术阻止了两者之间的共同进化过程,从而使植物能够获得一种新的广谱抗病性(RLS)育种方法,为解决农作物病害丧失和确保食品和食品安全提供了新思路。最近,这项研究在线发表在Cell Publishing植物科学领域的权威期刊《Molecular Plant》上。

采集细菌性叶枯病病原菌菌株

细菌性疫病是三大水稻疾病之一,是危害水稻生产的第一大杀手。植物病害的过程是一场战争,其中病原体和植物都产生大量“力量”。为了抵抗病原体的入侵,植物通过各种生化物质(例如角蛋白和蜡)形成了一系列强大的物理和化学“堡垒”。一方面,病原菌通过合成细胞外降解酶,毒素和其他物质,从外层分解“堡垒”,另一方面,通过组装各种称为分泌系统的装置,效应蛋白“间谍”是直接分泌到植物体内的“堡垒”中,对植物内部造成损害,最终破坏了“堡垒”。 Xanthomonas oryzae pv发送的最重要的效应蛋白“间谍”类。是由III型分泌系统分泌的转录激活因子样效应蛋白(TALE蛋白)。

在农业和农村公共福利部等特殊项目的支持下,陈功友小组从该国水稻产区的受灾地区收集并分离了数百种细菌性叶病原菌株,并对其进行了测量。在不同的水稻品种上。毒性和分子标记分析表明,这些菌株具有丰富的遗传多样性和毒性差异。通过基因组学和分子生物学工具,从数种有毒菌株中分离出数十种TALE蛋白编码基因,并分别测定了毒性。最后,发现了一类新的主要TALE蛋白,称为PthXo2-like。在不同的菌株中发现了“间谍”和五种类型的这种蛋白质。

基因编辑技术会干扰“联合密码”

黄单胞菌(Xanthomonas oryzae)pv分泌的TALE蛋白“间谍”。稻米进入植物细胞,可以逃脱植物免疫系统,并伪装成水稻自身的转录激活因子,以及一种“潜伏”在水稻细胞中的疾病。接触基因“接头”,并且“接头”是特定氨基酸序列和DNA序列之间的一组密码。

研究小组最初通过比较新发现的“间谍”蛋白质序列,确定水稻易感基因OsSWEET13被怀疑是“连接子”。随后,通过不同的分子生物学实验反复进行验证,以确定该基因是“间谍”“接头”的靶基因。同时,发现在启动子识别区域中存在该基因的十种不同类型。

研究小组还使用新兴的基因编辑技术来干扰“接头代码”的鉴定,从而同时阻止多种细菌TALE蛋白“间谍”的破坏,并最终获得了广泛的抗白叶枯病的水稻。提出了种质资源,一种新的育种方法,可以阻止植物的敏感性,并获得广谱抗病性。目前,专家们正在将该技术应用于优质杂交稻亲本的改良。期望育种能够在1-2年内稳定地遗传,这有望大大缩短杂交水稻的育种期。

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