華中農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)制出抗稻曲病水稻新種質(zhì)

 

　　稻曲病是世界水稻生產(chǎn)中的重要病害之一，廣泛分布于亞洲、美洲、非洲、歐洲四個(gè)大洲的共計(jì)四十多個(gè)水稻種植國(guó)家。稻曲病在我國(guó)發(fā)生尤為嚴(yán)重，年均發(fā)生面積約4500萬(wàn)畝、減產(chǎn)1.5億公斤以上。它不僅造成稻米產(chǎn)量損失，它產(chǎn)生的毒素對(duì)動(dòng)物細(xì)胞具有毒性和致畸作用，給人畜健康帶來(lái)嚴(yán)重威脅。選育抗病品種是減輕稻曲病危害最經(jīng)濟(jì)、有效的措施，但現(xiàn)階段尚無(wú)有效的稻曲病抗源篩選方法，導(dǎo)致抗病品種鑒定相對(duì)滯后，優(yōu)質(zhì)抗稻曲病水稻品種及基因資源仍極其缺乏。

 

　　HIGS技術(shù)以植物病原菌生長(zhǎng)發(fā)育和致病關(guān)鍵基因?yàn)榉肿影袠?biāo)，在寄主植物中表達(dá)與病原菌靶基因互補(bǔ)的RNA分子，經(jīng)植物細(xì)胞加工形成siRNA；當(dāng)病原菌侵染寄主植物時(shí)，siRNA被轉(zhuǎn)運(yùn)到病原菌細(xì)胞內(nèi)特異性識(shí)別病原菌靶基因mRNA，誘導(dǎo)目標(biāo)基因沉默；進(jìn)而影響病原菌的正常生長(zhǎng)發(fā)育和致病，達(dá)到防控病害的目的。

 

　　研究人員首先在稻曲菌中鑒定到一個(gè)新的Septin基因UvAspE，通過(guò)基因敲除等手段發(fā)現(xiàn)UvAspE參與調(diào)控稻曲菌菌絲生長(zhǎng)、隔膜發(fā)育和致病力。為防止siRNA的脫靶效應(yīng)，通過(guò)比較基因組學(xué)方法在稻曲菌基因組中選擇真菌特有的致病因子UvAspE、UvCom1和UvPro1作為RNAi靶基因。

 

　　分別構(gòu)建RNAi（UvAspE、UvCom1和UvPro1）轉(zhuǎn)基因水稻株系，進(jìn)行抗病性檢測(cè)和分子驗(yàn)證。利用前期研發(fā)的稻曲病室內(nèi)高效接種體系接種，證明創(chuàng)建的轉(zhuǎn)基因水稻能顯著提高對(duì)稻曲病的抗性，稻曲菌在轉(zhuǎn)基因水稻穎殼內(nèi)擴(kuò)展受阻，稻曲球形成數(shù)量明顯降低。

 

　　在侵染的轉(zhuǎn)基因株系小穗中檢測(cè)三個(gè)靶基因的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)三個(gè)基因表達(dá)水平均顯著降低。小RNA測(cè)序表明，與靶基因關(guān)聯(lián)的siRNAs在轉(zhuǎn)基因水稻中顯著富集。進(jìn)一步通過(guò)RNA熒光原位雜交（FISH）試驗(yàn)證明，siRNAs在受侵染的水稻花器官以及稻曲菌侵染菌絲中均能檢測(cè)到熒光信號(hào)。由此說(shuō)明，在稻曲菌侵染水稻穗部的過(guò)程中，轉(zhuǎn)基因水稻植株產(chǎn)生的siRNA分子被轉(zhuǎn)移到稻曲菌侵染菌絲中，導(dǎo)致致病基因轉(zhuǎn)錄水平下降，從而干擾稻曲菌侵染菌絲功能。

 

　　以上研究證明了HIGS在水稻抗稻曲病應(yīng)用中的可行性和有效性，其結(jié)果將為培育抗稻曲病材料、解決實(shí)際生產(chǎn)中水稻缺乏抗稻曲病資源的瓶頸問(wèn)題提供新的思路和策略。

 

　　華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院鄭露副教授為論文通訊作者，博士生陳曉洋為第一作者，黃俊斌教授、羅朝喜教授、陳小林教授、劉浩副教授、畢業(yè)碩士裴張新以及加拿大圭爾夫大學(xué)Tom Hsiang 教授也參與了部分研究工作。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。

 

　　【英文摘要】

 

　　Ricefalse smut （RFS） caused by Ustilaginoidea virens is one of the most importantdiseases in the majority of rice-growing areas worldwide. Rice false smutcauses not only yield loss, but also threatens human or animal health byproducing cyclopeptide mycotoxins. Cultivar resistance is the most economical,effective and environmentally friendly approach to control RFS. However,development of RFS-resistant rice cultivar still faces big challenges. In thefield, disease severity of RFS is largely affected by rice growth period andvariable weather conditions. To date, quite a few cultivars with stableresistance to RFS have been identified and could be used as resistant resourcefor disease-resistance breeding （Sun et al., 2020）。

 

　　原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13756