一個(gè)大豆抗疫霉菌基因的克隆與抗性機(jī)制解析

近日，中國(guó)農(nóng)科院植保所/湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)合作在Plant Physiology在線發(fā)表了題為“Soybean ZINC FINGER PROTEIN03 targets two  SUPEROXIDE DISMUTASE1s  and confers resistance to  Phytophthora sojae ”的研究論文。該研究克隆了一個(gè)大豆疫霉菌 （ Phytophthora sojae ） 抗性基因 RpsYD29 GmZFP03 ，該基因編碼一個(gè)鋅指蛋白類型的轉(zhuǎn)錄因子，通過靶標(biāo)兩個(gè) SOD1 基因的啟動(dòng)子并激活這兩個(gè)基因表達(dá)而表現(xiàn)大豆疫霉菌抗性。
 
　　由大豆疫霉菌引起的大豆疫霉根腐病是大豆主要病害之一，嚴(yán)重制約大豆生產(chǎn)?？寺〔⒗么蠖挂呙咕剐曰颍≧ps）創(chuàng)制和栽培抗病品種是經(jīng)濟(jì)、有效防控該病害措施。然而，盡管已經(jīng)定位了40多個(gè)Rps位點(diǎn)，但少有Rps基因克隆的報(bào)道。在利用大豆抗病品種豫豆29 （Yudou 29）與感病品種吉科豆2 （Jikedou 2） 的雜交群體將Yudou 29主效Rps抗性位點(diǎn)RpsYD29定位到位于第3條染色體上長(zhǎng)約204.8 kb的一段區(qū)間 （Zhang et al., Theoretical and Applied Genetics, 2013, 126: 1555-1561 ） 的基礎(chǔ)上，該研究設(shè)計(jì)和利用各類分子標(biāo)記構(gòu)建高密度遺傳圖譜、基因組學(xué)分析、基因等位性分析以及遺傳互補(bǔ)功能驗(yàn)證，克隆出RpsYD29基因GmZFP03 （Glyma.03g033600），該基因編碼一個(gè)C2H2型鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄因子。Yudou 29體內(nèi)的SOD酶活性比Jikedou 2要高，GmZFP03轉(zhuǎn)基因大豆植株體內(nèi)的SOD酶活性高于遺傳轉(zhuǎn)化背景品種Williams 82的酶活性。并且，外源施用SOD后，能顯著提高Jikedou 2和Williams 82的大豆疫霉菌抗性。通過篩選發(fā)現(xiàn)，SOD基因中的SOD1-3 （Glyma.03g242900）和SOD1-19 （Glyma.19g240400）兩個(gè)基因在抗性材料Yudou 29和GmZFP03轉(zhuǎn)基因植株中的表達(dá)水平均比對(duì)應(yīng)感病材料要高。進(jìn)一步分析分析表明，GmZFP03可結(jié)合SOD1-3和SOD1-19啟動(dòng)子上一個(gè)與抗病和脅迫反應(yīng)相關(guān)的基序，并激活這兩個(gè)基因的表達(dá)。由此，該研究成功克隆了鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄因子基因GmZFP03這一新型大豆疫霉菌抗性基因，并開發(fā)出了相應(yīng)的特異性分子標(biāo)記，揭示了一種GmZFP03通過結(jié)合和激活SOD1基因啟動(dòng)子表現(xiàn)其抗性功能的機(jī)制，為大豆疫霉菌抗性機(jī)理研究和抗病育種提供了重要參考和基因資源。
 
　　中國(guó)農(nóng)科院植保所劉世名研究員及湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)戴良英教授和李魏教授為論文共同通訊作者。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)李魏教授為論文第一作者，中國(guó)農(nóng)科院植保所博士生趙潔、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生鄭向、成瑢和鐘嬋娟及易圖永教授、中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所朱振東研究員和未米生物科技徐潔婷博士對(duì)該研究作出了重要貢獻(xiàn)；威斯康星大學(xué)麥迪遜分校和南伊利諾伊大學(xué)研究人員也參與了部分工作。該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。
 
　　原文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiad083。



日期：2023-02-20