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中国科学院微生物所张杰研究组在甘蔗钙依赖蛋白激酶功能研究方面取得新进展

  • 转自： PR植物病理学研究 公众号
  • 日期：2024-04-26
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甘蔗（Saccharum spp.）是主要的糖料和能源作物之一，在农业经济中占有重要地位。由病原菌侵染引起的甘蔗病害严重影响蔗糖的产量和品质，造成经济损失。发掘甘蔗抗病基因资源、培育优质甘蔗抗病品种是发展甘蔗病害绿色防控技术的核心基础。然而，甘蔗是一种遗传背景复杂的异源多倍体作物，主栽品种基因组破译工作尚处于起步阶段，甘蔗功能基因的挖掘以及抗性调控机制的解析仍具有挑战性，基因编辑等现代生物技术改造的靶标匮乏。

在受到病原微生物侵染时，植物利用细胞膜和细胞内免疫受体感知微生物来源的信号，激活钙离子通道促进钙内流。多种类型的钙感应蛋白参与识别特征性的钙信号，激活细胞免疫反应。钙依赖性蛋白激酶（calcium-dependent protein kinases, CDPKs/CPKs）作为主要的钙感应蛋白之一，在植物生长发育和免疫调节中发挥着重要作用。然而，目前对甘蔗主栽品种中CDPK的功能和作用机制了解相对匮乏。

Phytopathology Research今日在线发表了中国科学院微生物研究所张杰课题组题为“Two putative calcium-dependent protein kinases are involved in the regulation of sugarcane defense genes”的研究论文。该研究依据水稻、拟南芥中的CDPK序列从甘蔗栽培种中筛选出两个潜在的钙依赖性蛋白激酶ScCDPK1和ScCDPK8，它们能够显著激活防御基因ScPR1 （Sugarcane Pathogenesis Related Protein 1）和ScSPI （Serine Protease Inhibitor）的表达。进一步研究发现，在烟草叶片瞬时表达系统和甘蔗原生质体中，截断的ScCDPK1和ScCDPK8相较于全长的ScCDPK1 和 ScCDPK8能诱导防御基因ScPR1和ScSPI更高水平的表达。研究发现了ScCDPK1 和 ScCDPK8 具有自抑制机制，且参与调控甘蔗防御基因的表达。研究结果为深入研究甘蔗 CDPK 基因家族奠定了基础，并为进一步通过基因编辑改良甘蔗抗病性提供新资源。

图1 截断的ScCDPK1和ScCDPK8显著诱导ScPR1的表达

山西农业大学、中国科学院微生物研究所硕士研究生李想国和钟佳洁为本文的共同第一作者。中国科学院微生物研究所张杰研究员和山西农业大学王利祥教授为本文的通讯作者，本研究得到了中国科学院青年基础研究项目 (YSBR-080), 中国科学院A类战略性先导科技专项(XDA0450000),国家自然科学基金(32200241)，以及山西省科技创新青年人才团队 (202204051001020)的资助。

 

中国科学院微生物研究所张杰研究组以农作物重要病害为研究对象，研究植物免疫受体对微生物的识别和免疫激活机制，病原微生物逃逸和操控植物免疫识别和信号传导的机理，为植物抗病性改良提供靶标和策略指导。近5年在Cell Host & Microbe、The Plant Cell、Molecular Plant、FEMS Microbiology Reviews等发表多篇论文。

责编：路路

Cite this article:

Li, X., Zhong, J., Li, B. et al. Two putative calcium-dependent protein kinases are involved in the regulation of sugarcane defense genes. Phytopathol Res, 2024, 6: 22. https://doi.org/10.1186/s42483-024-00240-1