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中國農業(yè)大學(xué)國家玉米改良中心徐明良教授團隊揭示玉米抗病毒基因的作用機理

2018-07-20 來(lái)源:健客社區  標簽: 掌上醫生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護膚
摘要:通過(guò)大量的遺傳研究, Thomas Lübberstedt教授和中國農業(yè)大學(xué)徐明良教授研究團隊發(fā)現玉米抗矮花葉病有兩個(gè)一致性的主效抗性位點(diǎn),Scmv1和Scmv2,分別位于第6號染色體短臂和第3號染色體的著(zhù)絲粒附近,二個(gè)位點(diǎn)共同存在時(shí)表現出高抗。

 導讀:今年2月份,中國農業(yè)大學(xué)國家玉米改良中心徐明良教授領(lǐng)導的研究團隊首次克隆了玉米花葉病毒抗病QTL基因,揭示了基因的功能,探索了抗病分子機理。這一研究對了解單子葉作物抗病毒分子機理、培育抗病毒玉米新品種具有重要意義。該研究成果以“AnAtypicalThioredoxinImpartsEarlyResistancetoSugarcaneMosaicVirusinMaize”為題2月14日在線(xiàn)發(fā)表于MolecularPlant雜志。半年后,MolecularPlant雜志再次發(fā)表了美國愛(ài)荷華州立大學(xué)ThomasLübberstedt教授和中國農業(yè)大學(xué)徐明良教授研究團隊經(jīng)過(guò)長(cháng)期合作的成果“AuxinBindingProtein1ReinforcesResistancetoSugarcaneMosaicVirusinMaize”,這項研究通過(guò)圖位克隆途徑獲得了另一個(gè)玉米抗甘蔗花葉病毒病基因ZmABP1,并對該基因的抗病特性進(jìn)行了深入的探討,為進(jìn)一步揭示ZmABP1介導的抗病機制奠定了基礎。

 
文章解讀:玉米(ZeamaysL.)是糧食、飼料和工業(yè)原料兼用型作物,在全球范圍內廣泛種植。在我國,玉米的栽培面積超過(guò)5億畝,總產(chǎn)逾2億噸,已成為第一大糧食作物。由于栽培品種遺傳基礎狹窄,加上多年的連作、極端氣象因素等影響,近年來(lái)我國玉米病害呈越演越烈之勢,每年造成的產(chǎn)量損失達總產(chǎn)的10%以上。在玉米種植面積增長(cháng)有限的情況下,提高玉米增產(chǎn)潛力,減少生物和非生物脅迫對玉米產(chǎn)量造成的損失,對保障我國糧食安全至關(guān)重要。玉米矮花葉病是世界范圍內普遍發(fā)生的一種病毒性病害,1919年在意大利首次被發(fā)現,該病害在美國、歐洲和我國等地區都曾發(fā)生不同程度大流行,對玉米產(chǎn)量造成嚴重損失。在我國該病主要由玉米甘蔗花葉病毒引起,由蚜蟲(chóng)傳播,藥劑防治困難。因此,挖掘抗病基因,培育抗病品種是控制玉米矮花葉病最經(jīng)濟有效的措施。
 
通過(guò)大量的遺傳研究,ThomasLübberstedt教授和中國農業(yè)大學(xué)徐明良教授研究團隊發(fā)現玉米抗矮花葉病有兩個(gè)一致性的主效抗性位點(diǎn),Scmv1和Scmv2,分別位于第6號染色體短臂和第3號染色體的著(zhù)絲粒附近,二個(gè)位點(diǎn)共同存在時(shí)表現出高抗。二個(gè)研究團隊通過(guò)合作已經(jīng)克隆了Scmv1位點(diǎn)的抗病基因-ZmTrxh,該基因編碼非典型的H型硫氧還蛋白,通過(guò)抑制病毒RNA的積累,在侵染的早期表現出抗病。相關(guān)結果發(fā)表在今年3月份第三期MolecularPlant雜志上(詳見(jiàn):歷時(shí)20載,中農徐明良團隊克隆首個(gè)玉米抗病毒基因)。
 
位于第3號染色體的Scmv2效應較小,主要在抗病的后期發(fā)揮作用,基因克隆的難度更大、工作量更大。經(jīng)過(guò)多年的抗病QTL精細定位確定了候選基因,通過(guò)轉基因功能互補和RNAi干擾等證明Scmv2位點(diǎn)上的抗病基因為ZmABP1,編碼生長(cháng)素結合蛋白1。抗、感等位基因在轉錄區序列有差異,包含第一內含子上一個(gè)524bp的插入/缺失和第一外顯子上的兩個(gè)SNP,研究證明這些差異對ZmABP1的抗性和定位沒(méi)有任何影響。表達譜分析表明抗病近等基因系中ZmABP1基因的表達量顯著(zhù)高于感病近等基因系,并且在病毒侵染后期呈顯著(zhù)上調表達,從而增強了玉米對SCMV的抗性。同樣,在RNAi干擾,功能互補以及缺失型中間載體等轉基因后代中SCMV抗性與ZmABP1的表達水平呈顯著(zhù)正相關(guān),表現出劑量效應。啟動(dòng)子活性分析表明等位基因間啟動(dòng)子序列的差異影響ZmABP1基因的表達,從而導致抗感差異。通過(guò)酵母雙雜、蛋白互作驗證等證實(shí)了ZmABP1與ZmRbCS互作,并證明了ZmABP1對病毒RNA的積累沒(méi)有影響,推測ZmABP1可能影響了病毒粒子的系統移動(dòng)。本研究首次報道了ZmABP1可以在玉米抗甘蔗花葉病毒病中起作用,揭示了ABP1新的功能。
 
據悉,中國農業(yè)大學(xué)徐明良教授課題組博士后冷鵬飛博士和愛(ài)荷華州立大學(xué)吉青博士為論文共同第一作者,該研究得到了RFBakerCenterforPlantBreedingatIowaStateUniversity,DanishResearchCouncilandtheDanishInternationalDevelopmentAgency(DANIDA),theUSAIDiAGRI項目以及中國博士后科學(xué)基金會(huì )的資助。該研究歷經(jīng)二十余載,來(lái)自中國、丹麥、德國、新西蘭、美國等多國的研究人員參與其中,多個(gè)實(shí)驗室協(xié)同合作,最終取得了突破性進(jìn)展。
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