近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院智海劍教授團(tuán)隊(duì)在國際植物領(lǐng)域著名雜志Molecular Plant上在線發(fā)表了“A cell wall-localized NLR confers resistance to Soybean mosaic virusby recognizing viral-encoded cylindrical inclusion protein”。該論文從大豆品種大白麻中圖位克隆了一個編碼NLR（Nucleotide binding, leucine-rich repeat receptor）蛋白的抗大豆花葉病毒（Soybean Mosaic Virus, SMV）基因Rsc4-3。與以往發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞內(nèi)行使抗病功能的NLR蛋白不同，該抗病NLR蛋白Rsc4-3在植物細(xì)胞壁上與大豆花葉病毒無毒因子CI特異識別并介導(dǎo)對SMV的抗性。
大豆是我國重要的糧食和油料兼用作物，起源于我國，并已有幾千年的種植歷史。SMV是嚴(yán)重危害大豆生產(chǎn)的全國性病害，克隆抗SMV基因并闡明其抗性機(jī)制對SMV防控尤為重要。
為獲得抗SMV基因，該團(tuán)隊(duì)前期發(fā)現(xiàn)抗病品種大白麻14號染色體上有一個顯性抗SMV位點(diǎn)，并完成精細(xì)定位。本論文在此基礎(chǔ)上，通過瞬時表達(dá)和Crispr/Cas9介導(dǎo)的基因敲除等方法證明了精細(xì)定位區(qū)間內(nèi)只有Rsc4-3介導(dǎo)大白麻對SC4、SC7等多個SMV株系的抗性，但不能介導(dǎo)對SC15株系的抗性（圖1）。Rsc4-3編碼CC-NB-LRR結(jié)構(gòu)的NLR類抗病蛋白，通過葉片酶解、質(zhì)壁分離等亞細(xì)胞定位實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該蛋白只存在于細(xì)胞壁上，這與已往報(bào)道的NLR蛋白胞內(nèi)定位結(jié)果的明顯不同，研究還發(fā)現(xiàn)Rsc4-3的N端存在可能的棕櫚?；稽c(diǎn)且該位點(diǎn)對抗病反應(yīng)至關(guān)重要。
該研究通過不同株系的SMV基因組片段重組實(shí)驗(yàn)和單病毒基因誘發(fā)Rsc4-3介導(dǎo)的免疫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Rsc4-3識別的無毒基因是SMV編碼的CI蛋白（圖2）；雖然CI蛋白在細(xì)胞內(nèi)外都有分布，但Rsc4-3只在胞外通過直接互作識別分布在胞外的CI蛋白引發(fā)抗病反應(yīng)。通過進(jìn)一步氨基酸點(diǎn)突變，發(fā)現(xiàn)了CI第572個氨基酸的變異決定SMV的毒性，CI的572位酪氨酸（Y）突變?yōu)榻M氨酸（H）或谷氨酰胺（Q）會導(dǎo)致Rsc4-3的抗性喪失。SC15株系的毒性CI可以抑制SC4株系的無毒CI所誘發(fā)的Rsc4-3介導(dǎo)的抗病反應(yīng)，田間無毒和有毒株系混合侵染時，有毒株系表現(xiàn)上位性，這也給大豆抗SMV育種帶來挑戰(zhàn)。該研究揭示了大豆與大豆花葉病毒攻防機(jī)制（圖3），為大豆SMV防控奠定了基礎(chǔ)。
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院國家大豆改良中心和作物遺傳和種質(zhì)創(chuàng)新國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為該論文第一完成單位，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)智海劍教授和南京師范大學(xué)許凱教授為共同通訊作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生殷金龍、博士后王立群為共同第一作者，晉彤彤、聶陽、劉慧、李凱等也參加了相關(guān)研究。研究獲得國家自然科學(xué)基金、國家大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金、江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心和江蘇省自然科學(xué)基金的資助。
論文鏈接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052（21）00279-3
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