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我院首次以第一单位在分子植物病理学权威期刊MPMI发表学术论文
发布时间:2019/12/11 19:48:46   来源:植物保护学院   

2019年12月10日,分子植物病理学权威期刊Molecular Plant-Microbe Interactions (影响因子4.02)在线发表了我院王逍冬副教授研究小组题为“WRKY transcription factors shared by BTH-induced resistance and NPR1-mediated acquired resistance improve broad-spectrum disease resistance in wheat”的学术论文,报道了利用麦类作物系统获得抗性提高小麦广谱抗病水平的研究。我院硕士研究生李欢鹏、吴娇娇为该论文的共同第一作者,我院王逍冬副教授、西北农林科技大学王晓杰教授为通讯作者。本项目得到了我院刘大群教授和西北农林科技大学康振生教授的悉心指导。该项目得到了国家自然科学基金、河北省优秀青年基金、旱区作物逆境生物学国家重点实验室开放课题的资助。

系统获得抗性(Systemic Acquired Resistance, SAR)是一种可诱导的植物抗病模式,具有对次生病原物的广谱抗性特征。在拟南芥中,受NPR1基因调控,病原菌直接侵染或植物激素水杨酸类似物BTH处理均可诱导产生SAR并转录激活病程相关PR基因的表达。本课题组前期研究表明,麦类作物中,NPR1基因在丁香假单胞菌Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000诱导的获得抗性(Acquired Resistance, AR)过程中参与调控PR基因的表达。然而,BTH处理虽然可显著提高麦类作物对锈病和白粉病等多种病害的抗病水平,但BTH诱导抗性的转录调控网络及NPR1基因在其中的功能尚不明确。

本研究对大麦转基因材料wNPR1-OE和HvNPR1-Kd进行了BTH处理后的RNA-seq测序。结果表明,大多数BTH诱导基因(BCI)的表达均不受NPR1基因调控。同时,在大麦转基因材料wNPR1-OE中,少数的PR基因对BTH处理变得更加敏感。利用实时荧光定量qRT-PCR技术,我们验证了部分PR基因和BCI基因的表达模式。

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进一步分析转录组文库数据,发现大量WRKY转录因子受BTH处理显著诱导表达,其中少数WRKY基因表达模式与NPR1的转基因表达水平呈正相关。综合课题组前期研究结果,发现HvWRKY6与HvWRKY70基因在BTH诱导抗性和NPR1基因介导的AR反应中均显著上调表达,推测为麦类作物系统获得抗性关键转录调控因子。

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进一步制备得到小麦转基因材料HvWRKY6-OE和HvWRKY70-OE,在转基因材料及野生型材料的叶片中注射P. syringae DC3000,清水作为对照,并在注射邻近区接种稻瘟菌(Magnaporthe oryzae)菌株P131。结果表明,HvWRKY6-OE转基因植株对稻瘟菌表现出更高抗性水平,而HvWRKY70-OE转基因植株无抗性水平变化。利用qRT-PCR技术,发现部分PR基因受HvWRKY6基因调控。而另一方面,小麦转基因材料HvWRKY70-OE中部分PR基因和BCI基因受BTH诱导上调显著提升,推测HvWRKY70基因参与调控BTH诱导抗病过程。

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进一步对小麦转基因材料接种小麦条锈病和白粉病,发现HvWRKY6-OE和HvWRKY70-OE对小麦条锈菌(Puccinia striiformis f. sp. tritici)毒性小种CYR32的抗性水平显著提高;HvWRKY70-OE转基因植株对小麦白粉菌(Blumeria graminis f. sp. tritici)毒性小种E20的抗性水平显著提高。

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最后,基于课题组前期工作与本研究内容,我们初步对麦类作物获得抗性AR及BTH诱导抗性的转录调控网络进行了预测。其中关键基因的深入挖掘与利用,将为提高小麦广谱抗病水平提供新思路。

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 原文链接https://apsjournals.apsnet.org/doi/10.1094/MPMI-09-19-0257-R

 

参考文献

l  Li H, Wu J, et al. WRKY transcription factors shared by BTH-induced resistance and NPR1-mediated acquired resistance improve broad-spectrum disease resistance in wheat. Molecular Plant-Microbe Interactions.

l  Gao J, Bi W, Li H, et al. WRKY transcription factors associated with NPR1-mediated acquired resistance in barley are potential resources to improve wheat resistance to Puccinia triticina. Frontiers in Plant Science, 2018, 9: 1486.

l  WANG X, BI W, Jing G, et al. Systemic acquired resistance, NPR1, and pathogenesis-related genes in wheat and barley. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(11): 2468-2477.


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