中新網北京3月28日電 (記者 孫自法)記者從中國科學院遺傳與發育生物學研究所(遺傳發育所)獲悉，該所植物免疫團隊和合作者最近研究揭示一種植物免疫新機制，填補了植物串聯激酶(TKPs)免疫調控途徑的空白，為作物廣譜多抗品種精準設計奠定了理論和應用基礎。
全新免疫機制
這項植物免疫領域重要研究由中國科學院遺傳發育所劉志勇研究員領導的植物免疫團隊，聯合北京農學院、南京師范大學、崖州灣國家實驗室、湘湖實驗室等科研伙伴共同完成，相關成果論文北京時間3月28日凌晨在國際知名學術期刊《科學》(Science)上線發表。
WTK3的工作模型。中國科學院遺傳發育所 供圖該研究論文揭示了串聯激酶抵御病原菌入侵的全新免疫機制：一個非典型的NLR蛋白WTN1(Wheat Tandem NBD1)與串聯激酶WTK3協同識別病原菌的效應蛋白激發免疫反應，表現對多種小麥真菌病害的抗性。這也突破領域內對串聯激酶作用機制的認識，發現串聯激酶與傳統NLR協同抗病新范式。
重要育種價值
論文共同通訊作者劉志勇研究員介紹，串聯激酶是近年來在小麥和大麥中發現的一類新型抗病蛋白，由兩個或多個激酶結構域串聯而成，分別表現出對條銹病、葉銹病、稈銹病、白粉病、麥瘟病和黑粉病的抗性，具有重要的育種價值。
研究團隊前期從中國小麥地方品種和野生二粒小麥中，分別克隆得到編碼新型串聯激酶的廣譜抗白粉病基因Pm24(WTK3)和Pm36(WTK7-TM)。不過，關于串聯激酶這類新型抗病蛋白存在許多懸而未決的科學問題，包括串聯激酶如何識別病原菌效應因子、串聯激酶的不同激酶結構域在作物免疫反應中分別扮演什么樣的角色、串聯激酶通過什么免疫途徑激活作物的抗病反應等。
兩個功能模塊
本項研究中，研究團隊通過篩選抗白粉病基因Pm24(WTK3)的EMS誘變感病突變體，鑒定到一個WTK3抗病通路的關鍵因子WTN1，WTN1是與WTK3緊密連鎖的非典型NLR蛋白。遺傳學分析結果表明，WTN1的存在是WTK3免疫小麥白粉病的關鍵，WTK3-WTN1通過感受器-編碼器的協同作用模式激活免疫反應。特別是WTK3不僅抗小麥白粉病，并且能夠識別麥瘟病菌效應因子PWT4并觸發免疫反應，具有潛在的抗麥瘟病能力。
研究團隊進一步通過植物免疫學、生化實驗、電生理實驗和進化分析等多種方法，發現小麥中的WTK3和WTN1基因在進化過程中形成緊密的合作關系，共同幫助小麥抵抗病原菌的入侵。具體來說，WTK3有兩個重要的功能模塊：第一個模塊任務是識別病原菌釋放的“攻擊信號”-效應蛋白；第二個模塊是形成一個“防御小分隊”，當感知到病原菌入侵后，WTK3-WTN1復合物迅速被激活，形成離子通道促進鈣離子內流，從而激活超敏反應和細胞程序化死亡。
特有基因資源
劉志勇總結表示，前期研究表明Pm24(WTK3)基因為中國小麥地方品種所特有的基因資源，研究團隊經過多年的回交轉育，已將Pm24基因導入到多個高產小麥底盤品種，創制的抗病新種質已無償發放給國內多家單位進行抗病育種利用。
小麥抗病基因Pm24(WTK3)高產抗病新種質的相關研究示范種植。中國科學院遺傳發育所 供圖這些研究成果有望解決中國小麥主產區缺乏廣譜抗白粉病基因資源的問題，同時為防控麥瘟病提前建立潛在的遺傳屏障，并為中國農業可持續發展和產業升級提供重要的理論和技術支持。(完)