我科学家克隆并解析广谱高抗根肿病基因

本报北京6月10电（记者齐芳） 利用抗病基因改造农作物抗病性是防治病害最为绿色经济高效的方式。中国科学院遗传与发育生物学研究所陈宇航和周俭民合作团队，对十字花科作物最大的病害——根肿病，进行了深入研究，克隆出广谱抗根肿病基因，阐明了其作用机制，并以我国西汉著名将领卫青（WeiTsing）的名字为该基因命名。

相关研究成果发表在北京时间2023年6月8日出版的国际学术期刊《细胞》上。有评论认为，这项研究不仅在油菜等十字花科作物育种中有良好应用前景，更为重要的是在植物中首次发现了钙离子释放通道及其介导的免疫机制，是我国科学家继发现植物抗病小体后在该领域取得的又一项理论创新。

周俭民介绍，自20世纪20年代我国首次发现根肿病以来，该病发生面积不断增加，近年来呈快速蔓延的趋势。据统计，每年根肿病在我国的发病面积达4800万~6000万亩，而且根肿菌在土壤中可存活二十年，耕地一旦被污染，将不再适合种植十字花科作物。

“植物也有自己的免疫机制。”周俭民研究员带领团队在这一方向上深耕。他介绍：“但已知的根肿病抗病基因数目少、机制研究薄弱，且田间已经出现了新的毒性菌株，导致现有抗根肿病基因抗性丧失。因此，挖掘高效广谱抗根肿病基因是抗根肿病育种面临的巨大挑战。”

在这项研究中，陈宇航和周俭民团队综合利用遗传学、生物化学、结构生物学及生理学等方法，分离鉴定到了高抗根肿病基因WTS并阐明了其分子机制。“WTS编码一个从未报道过的蛋白，导入油菜后不仅表现出良好的抗性，生长发育也完全正常；携带WTS的油菜对多个根肿菌表现为高抗，包括在现有抗性品种上表现出高致病力的菌株，表明WTS是一个广谱抗性基因。因此WTS在油菜抗根肿病分子育种中有很好的应用价值。”陈宇航说，“进一步研究发现，当根肿菌侵染时，WTS在中柱鞘细胞中特异表达并自我装配为定位于内质网的新型钙离子通道，通过介导内质网钙离子释放激活下游免疫反应，从而保护根部维管束系统免受病菌的侵害。”

这也是首次在植物中发现钙离子释放通道。陈宇航介绍，该成果表明植物不仅可以通过传统的抗病小体激活钙信号，还能组装成全新的离子通道来激活钙信号和免疫反应，而WTS复合物就是钙离子释放通道。陈宇航说：“此外，WTS在根部特异细胞层的诱导和作用方式，对其他土传病害抗性机制的研究有重要借鉴意义。”