科研进展Brief Introduction

水稻团队在抗病机制方面研究再获进展
时间:2016-09-16
  病害是影响农作物生产的重要因素之一。由王石平教授领导的水稻抗病课题组长期致力于水稻抗病机理的研究。最近,该课题组在水稻-病原互作机理方面又取得了重要进展。7月29日,国际学术期刊eLife在线发表该研究进展。文章标题为“A host basal transcription factor is a key component for infection of rice by TALE-carrying bacteria”。该研究揭示了水稻生产上危害最为严重的两种细菌性病害(白叶枯病和细菌性条斑病)发生过程中细菌通过挟持水稻核心基因表达以达到侵害寄主的分子机制。

  已知白叶枯病菌和细菌性条斑病菌危害水稻主要是通过它们自身的转录激活类(TAL)效应子。TAL效应子进入水稻细胞后,结合在水稻感病基因启动子上,激活感病基因表达,造成水稻发生病害。但是人们不清楚TAL效应子激活水稻感病基因表达如何利用水稻的转录表达机制。该课题组研究发现,这两类细菌的不同TAL效应子上都有一个相对保守的结构域可以与寄主水稻的基本转录因子TFIIA亚基结合,这种结合是TAL效应子激活水稻感病基因表达致病所必需的。已知TFIIAγ亚基是所有水稻基因转录过程中必须的元件之一。细菌巧妙的利用水稻的这个核心关键基因,为它们入侵提供保障。该课题组研究发现,绝大多数TAL效应子不能与突变的TFIIAγ蛋白(即水稻隐性抗病基因xa5的编码产物)结合,因此携带xa5基因的水稻对白叶枯病和细菌性条斑病具有广谱抗性。xa5突变不影响TFIIAγ亚基的正常功能,所以携带xa5基因水稻生长发育正常,产量不受影响。另外,部分抑制水稻TFIIAγ基因表达也可以增强水稻对白叶枯病和细菌性条斑病的广谱抗性。

  TFIIAγ亚基存在于所有真核生物中,而且氨基酸序列高度保守。携带TAL效应子的不同种类细菌也造成其它农作物(如番茄、辣椒、木薯、大豆、油菜、棉花、小麦、大麦、黑麦、黑小麦、柑橘、芒果)的病害。上述研究结果揭示,可以利用xa5基因培育广谱抗携带TAL效应子病原菌的水稻;从上述不同农作物的种质资源中发掘xa5类突变基因或利用基因编辑技术突变TFIIAγ基因,可能是改良其它农作物应对携带TAL效应子病原菌侵害的一种通用策略。

  TALE效应子是由黄单胞菌分泌的天然蛋白来识别特异性植物碱基对。TALE效应子可被设计识别和结合所有目的DNA序列,将TALE效应子附加一个核酸酶就变成TALENs,其可以靶向修饰特异DNA序列并对特异DNA位点进行切割,基于此开发的基因编辑技术已经被广泛应用于酵母、拟南芥、水稻、果蝇、斑马鱼、小鼠等多种生物中,是基因组编辑重要利器之一。

  该研究成果在植物-微生物互作研究和作物抗病研究中具有普遍意义。该研究的第一作者是抗病组的袁猛副教授,通讯作者是王石平和袁猛。该研究得到国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划(973计划)和中央高校基本科研业务费专项基金的资助。

论文链接:https://elifesciences.org/content/5/e19605/article-data

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