天然“转基因”使小麦获得赤霉病抗性

发布时间：2021-12-18 23:05

　　小麦赤霉病被称作小麦"癌症",不仅严重危害小麦的产量和品质,而且会导致脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）等真菌毒素的严重污染,而挖掘应用抗赤霉病基因培育抗病小麦品种是抵御病原菌侵害最有效的方法之一。本研究基于组装的二倍体长穗偃麦草参考基因组、BAC文库等,利用图位克隆技术克隆了一个主效抗小麦赤霉病基因Fhb7。该基因编码一个具有广谱催化作用的谷胱甘肽S-转移酶,通过去环氧化机制对单端孢霉烯族毒素起到解毒作用。令人惊奇的是,在植物界没有发现Fhb7的同源基因,但多个证据表明二倍体长穗偃麦草早期可能与Epichlo?属的内生真菌形成共生体,通过水平基因转移将Epichlo?Fhb7的DNA序列整合到长穗偃麦草基因组中,从而进化出抗镰刀菌属病原菌侵染的功能。Fhb7基因导入小麦后,在不同的遗传背景下,不会造成产量的明显损失,同时对小麦赤霉病和茎基腐病具有广谱抗性,因此在小麦抗病育种中具有广阔的应用前景。 

【文章来源】：自然杂志. 2020,42(04)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

转Fhb7基因小麦的抗赤霉病功能鉴定。将Fhb7的原始启动子及开放阅读框(846 bp)遗传基因转化入小麦品种科农199中，A为转基因小麦单株，B为科农199。利用单花滴注法在小麦扬花期将禾谷镰刀菌F.graminearum悬浮孢子接种入小麦的小穗，套袋保湿72 h后，持续观察发病情况直至21 d。结果显示，相比野生型对照组，转基因株系赤霉病抗性显著提高

我们利用Fhb7序列在NCBI数据库中进行比对[10]。有趣的是，在整个小麦族甚至整个植物界中均没有发现Fhb7的同源基因。然而，在一种内生真菌Epichlo?aotearoae基因组中存在Fhb7的同源基因，且相似性高达97%。进一步比对分析发现Fhb7的序列在多个Epichlo?属的内生真菌中均有分布。因此，我们猜测在早期长穗偃麦草可能与某种Epichlo?属的内生真菌存在共生关系，由于发生了内生真菌向寄主植物的水平基因转移(horizontal gene transfer,HGT)而将基因Fhb7整合到了长穗偃麦草的基因组中(图2)。同时，由于该基因存在于二倍体和十倍体长穗偃麦草E基因组中，我们推测该水平基因转移事件发生在小麦族植物分化出二倍体长穗偃麦草之后，而在十倍体长穗偃麦草形成之前。通过进一步与E.aotearoae基因组中的同源基因比对分析发现，除了846 bp的编码区序列存在同源性之外，在起始密码子前32 bp和终止密码子后19bp以及基因Fhb7上游535 bp处存在90 bp的序列均与E.aotearoae基因组高度相似。这暗示可能是一个较大的DNA片段通过水平基因转移导入了长穗偃麦草基因组中，后期的进化过程中发生了碱基突变，但保留了现在的部分片段，这也证明了保留下来的基因片段是决定蛋白功能的关键序列。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Breeding wheat for resistance to Fusarium head blight in the Global North: China, USA, and Canada[J]. Zhanwang Zhu,Yuanfeng Hao,Mohamed Mergoum,Guihua Bai,Gavin Humphreys,Sylvie Cloutier,Xianchun Xia,Zhonghu He.  The Crop Journal. 2019(06)



本文编号：3543326