根肿病是油菜等十字花科作物农业生产上危害最大的病害。自上个世纪二十年代在我国台湾和福建地区发现根肿病以来,我国根肿病的发生面积不断增加。近年来,随着规模化农业的不断发展,根肿病在我国呈快速蔓延的趋势,根肿病的发生面积约占全国十字花科作物种植面积的30%,平均每年在我国的发病面积达4800-6000万亩,造成的产量损失约达20%~30%。根肿菌在土壤中可存活二十年,耕地一旦被污染,将不再适合种植十字花科作物。根肿病是十字花科作物的“绝症”,在生产中无药可治。
利用抗病基因改良油菜等十字花科作物对根肿菌的抗性是防治根肿病最为绿色经济高效的方式。但目前已知的根肿病抗病基因数目少、机制研究薄弱,且田间已经出现了新的毒性菌株,对现有抗病基因产生耐受,使得现有品种抗性正在快速丧失。因此,挖掘新的高效广谱抗根肿病基因是抗根肿病育种面临的巨大挑战。
周俭民研究员领衔的国家重点研发计划“植物抗病大分子作用机制和应用”项目团队瞄准“根肿病抗源稀少、机制不明”这一难题,综合利用遗传学、生物化学、结构生物学及生理学等方法,利用十字花科植物拟南芥的遗传多样性,分离鉴定到了一个新的高抗根肿病基因WeiTsing(WTS,卫青),编码一个新型抗病大分子。携带WTS的转基因油菜对多个高致病力根肿菌表现为高抗,油菜的生长发育也完全正常,表明WTS是一个广谱抗性基因,暗示WTS在油菜抗根肿病分子育种中有良好的应用价值。
周俭民研究员领衔的国家重点研发计划“植物抗病大分子作用机制和应用”项目团队瞄准“根肿病抗源稀少、机制不明”这一难题,综合利用遗传学、生物化学、结构生物学及生理学等方法,利用十字花科植物拟南芥的遗传多样性,分离鉴定到了一个新的高抗根肿病基因WeiTsing(WTS,卫青),编码一个新型抗病大分子。携带WTS的转基因油菜对多个高致病力根肿菌表现为高抗,油菜的生长发育也完全正常,表明WTS是一个广谱抗性基因,暗示WTS在油菜抗根肿病分子育种中有良好的应用价值。
该项研究于2023年6月8日以“WeiTsing, a pericycle-expressed ion channel, safeguards the stele to confer clubroot resistance”为题发表于Cell 期刊。中国科学院遗传与发育生物学研究所副研究员王伟、博士后秦力、博士生张文静及唐凌汇为该篇论文的第一作者;陈宇航研究员、周俭民研究员与王伟副研究员为论文的共同通讯作者。参加这项工作的还有四川农业大学的黄云团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所的梁承志团队。该项研究得到了国家重点研发计划(2021YFA1300700)、国家自然科学基金及中科院战略先导专项的资助。
WTS的作用机制。WTS编码定位于内质网的钙离子通道,通过介导钙释放触发下游免疫反应,抵御根肿菌的入侵、保护植物维管束系统。