4月10日，國際學(xué)術(shù)期刊Plant Biotechnology Journal在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥團隊在抗赤霉病毒素積累方面的最新研究成果（Detoxifying bacterial genes for deoxynivalenol epimerization confer durable resistance to Fusarium head blight in wheat）。
該研究針對小麥赤霉病大流行及其造成的嚴重真菌毒素污染問題，以及小麥抗赤霉病種質(zhì)資源匱乏現(xiàn)狀，通過在微生物中鑒定赤霉病毒素高效脫毒代謝路徑，并利用遺傳轉(zhuǎn)化、分子生物學(xué)、生物化學(xué)等方法，解析微生物來源的毒素脫毒基因顯著提高小麥抗赤霉病毒素積累的作用及機制，為小麥抗赤霉病毒素生物育種及毒素源頭防控提供了新的基因資源和更有效的策略。
赤霉病是由病原鐮刀菌引起的全球性真菌病害，是目前影響我國小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的首要病害。小麥中抗赤霉病種質(zhì)資源匱乏，抗病機理復(fù)雜，嚴重阻礙了抗病育種進程。赤霉病的大流行，不僅造成糧食減產(chǎn)，同時導(dǎo)致嚴重的鐮刀菌毒素污染問題，威脅食品和飼料安全。已知的小麥赤霉病菌，都能產(chǎn)生對人、畜有毒的鐮刀菌毒素。其中，脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（Deoxynivalenol，DON），俗稱嘔吐毒素，是小麥及其制品中最主要的真菌毒素。基于酶催化的C3-異構(gòu)化是目前已知消除DON毒素危害最為徹底的方式。同時，DON毒素作為關(guān)鍵毒力因子，是鐮刀菌在小麥中擴展性侵染所必須的。因此，DON 毒素可作為控制赤霉病的關(guān)鍵靶點，而毒素脫毒基因是具有直接應(yīng)用價值的抗赤霉病基因資源。
該研究首先通過對高效脫毒菌Devosia sp. D6-9基因組分析，鑒定了參與DON毒素異構(gòu)化脫毒的完整代謝路徑。通過計算機模擬和位點突變，揭示了脫毒酶通過嚴格立體選擇實現(xiàn)DON異構(gòu)化的潛在分子機制。毒性分析結(jié)果表明，DON毒素異構(gòu)化脫毒產(chǎn)物3-異構(gòu)-DON對小麥沒有明顯毒性，且不能作為毒力因子促進鐮刀菌在小麥中的擴展。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，在小麥中同時表達細菌中參與異構(gòu)化脫毒兩步反應(yīng)的基因，能夠顯著提高小麥抗赤霉病擴展和抗毒素積累的能力，連續(xù)多代的溫室和田間抗性鑒定結(jié)果一致，且沒有影響受體品種農(nóng)藝性狀。生物學(xué)和化學(xué)實驗證據(jù)表明，細菌脫毒基因賦予了小麥通過異構(gòu)化脫毒DON毒素的能力，從而減少了DON毒素在植株中的積累，相應(yīng)減緩了鐮刀菌在植株中的擴展蔓延，使植株表現(xiàn)出赤霉病抗性。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士后何偉杰博士為第一作者，張靜柏副教授為通訊作者，廖玉才教授和講座教授武愛波研究員等參與了該研究。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和湖北洪山實驗室等項目的資助。
論文鏈接：http://doi.org/10.1111/pbi.14353
日期：2024-05-05
該研究針對小麥赤霉病大流行及其造成的嚴重真菌毒素污染問題，以及小麥抗赤霉病種質(zhì)資源匱乏現(xiàn)狀，通過在微生物中鑒定赤霉病毒素高效脫毒代謝路徑，并利用遺傳轉(zhuǎn)化、分子生物學(xué)、生物化學(xué)等方法，解析微生物來源的毒素脫毒基因顯著提高小麥抗赤霉病毒素積累的作用及機制，為小麥抗赤霉病毒素生物育種及毒素源頭防控提供了新的基因資源和更有效的策略。
赤霉病是由病原鐮刀菌引起的全球性真菌病害，是目前影響我國小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的首要病害。小麥中抗赤霉病種質(zhì)資源匱乏，抗病機理復(fù)雜，嚴重阻礙了抗病育種進程。赤霉病的大流行，不僅造成糧食減產(chǎn)，同時導(dǎo)致嚴重的鐮刀菌毒素污染問題，威脅食品和飼料安全。已知的小麥赤霉病菌，都能產(chǎn)生對人、畜有毒的鐮刀菌毒素。其中，脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（Deoxynivalenol，DON），俗稱嘔吐毒素，是小麥及其制品中最主要的真菌毒素。基于酶催化的C3-異構(gòu)化是目前已知消除DON毒素危害最為徹底的方式。同時，DON毒素作為關(guān)鍵毒力因子，是鐮刀菌在小麥中擴展性侵染所必須的。因此，DON 毒素可作為控制赤霉病的關(guān)鍵靶點，而毒素脫毒基因是具有直接應(yīng)用價值的抗赤霉病基因資源。
該研究首先通過對高效脫毒菌Devosia sp. D6-9基因組分析，鑒定了參與DON毒素異構(gòu)化脫毒的完整代謝路徑。通過計算機模擬和位點突變，揭示了脫毒酶通過嚴格立體選擇實現(xiàn)DON異構(gòu)化的潛在分子機制。毒性分析結(jié)果表明，DON毒素異構(gòu)化脫毒產(chǎn)物3-異構(gòu)-DON對小麥沒有明顯毒性，且不能作為毒力因子促進鐮刀菌在小麥中的擴展。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，在小麥中同時表達細菌中參與異構(gòu)化脫毒兩步反應(yīng)的基因，能夠顯著提高小麥抗赤霉病擴展和抗毒素積累的能力，連續(xù)多代的溫室和田間抗性鑒定結(jié)果一致，且沒有影響受體品種農(nóng)藝性狀。生物學(xué)和化學(xué)實驗證據(jù)表明，細菌脫毒基因賦予了小麥通過異構(gòu)化脫毒DON毒素的能力，從而減少了DON毒素在植株中的積累，相應(yīng)減緩了鐮刀菌在植株中的擴展蔓延，使植株表現(xiàn)出赤霉病抗性。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士后何偉杰博士為第一作者，張靜柏副教授為通訊作者，廖玉才教授和講座教授武愛波研究員等參與了該研究。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和湖北洪山實驗室等項目的資助。
論文鏈接：http://doi.org/10.1111/pbi.14353
日期：2024-05-05
