西北農(nóng)林科技大學(xué)植保學(xué)院作物病蟲害監(jiān)測與治理團(tuán)隊(duì)在小麥白粉病抗性的分子機(jī)制方面取得新進(jìn)展

　　2022年7月26日，西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院作物病蟲害監(jiān)測與治理團(tuán)隊(duì)在國際著名學(xué)術(shù)期刊Plant Physiology在線發(fā)表了題為“Glutathione S-Transferase Interactions Enhance Wheat Resistance to PowderyMildew but Not Wheat Stripe Rust”的研究論文，通過蛋白組測序揭示了小麥響應(yīng)條銹菌和白粉菌侵染的異同，進(jìn)一步解析了谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶TaGSTU6通過與含胱硫醚β合酶（CBS）結(jié)構(gòu)域的蛋白TaCBSX3互作正向調(diào)控小麥對白粉病的抗性，但對條銹病沒有作用的分子機(jī)制。

 

　　條銹病和白粉病是世界范圍內(nèi)嚴(yán)重危害小麥生產(chǎn)的兩種重要真菌病害，分別由專性寄生菌Puccinia striiformis  f. sp.  tritici（Pst）和Blumeria graminis f. sp. tritici （Bgt）引起。培育和利用抗病品種是防治病害最經(jīng)濟(jì)、有效和對環(huán)境安全的措施，然而由于病菌毒性的頻繁變異導(dǎo)致品種抗性“喪失”，從而引起病害周而復(fù)始的流行危害。解析小麥抗病性分子機(jī)制，可以為小麥抗性利用和品種遺傳改良提供理論依據(jù)和重要資源。前人通過轉(zhuǎn)錄組測序表明，小麥高抗品種受Bgt侵染后比Pst侵染激發(fā)更多的基因和通路，而小麥?zhǔn)躊st和Bgt侵染后蛋白水平的響應(yīng)是否相似目前尚不清楚；此外，谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶參與植物對生物和非生物脅迫的響應(yīng)，但其介導(dǎo)小麥對條銹病和白粉病的抗性調(diào)控機(jī)制亦不明確。

 

　　小麥品種興民318（XM318）兼抗條銹病和白粉病，本研究利用串聯(lián)質(zhì)量標(biāo)記（Tandem mass tags，TMT）技術(shù)對XM318-Pst（CYR32）和XM318-Bgt（E09）互作組合分別進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)分析，共鑒定到741個差異表達(dá)蛋白（DAPs）。生物信息學(xué)分析表明，包括抗氧化活性和免疫系統(tǒng)過程等一些功能類別在XM318-Pst和XM318-Bgt的互作中表現(xiàn)明顯差異。有趣的是，僅有42個DAPs對Pst和Bgt的侵染都有響應(yīng)。依據(jù)表達(dá)倍數(shù)隨機(jī)選取12個DAPs進(jìn)行RT-qPCR分析，其中11個mRNA表達(dá)水平與其蛋白質(zhì)表達(dá)水平基本一致。綜上，小麥分別受條銹菌和白粉菌侵染后，在激素響應(yīng)和蛋白激酶活性及抗性相關(guān)蛋白等方面均存在差異。

 

　　TaGSTU6在XM318-Pst和XM318-Bgt互作中均被誘導(dǎo)表達(dá)，但在XM318-Pst中下調(diào)表達(dá)，在XM318-Bgt中上調(diào)表達(dá)。利用病毒誘導(dǎo)的基因沉默敲除TaGSTU6后，小麥對白粉病的抗性明顯減弱，但對條銹病的抗性沒有明顯影響。利用Y2H、BiFC、Co-IP、Pull-down和LCI技術(shù)證實(shí)TaGSTU6與TaCBSX3互作。敲除TaCBSX3亦顯著降低了小麥對白粉病的抗性，對條銹病的抗性無明顯影響。在擬南芥中過表達(dá)TaGSTU6與TaCBSX3，均增強(qiáng)了擬南芥對丁香假單胞菌（Pseudomonas syringae pv. tomato, Pst DC3000）的抗性。通過內(nèi)源激素水平測定，發(fā)現(xiàn)水楊酸的積累對TaGSTU6和TaCBSX3介導(dǎo)的小麥對白粉病抗性至關(guān)重要，因此推測TaGSTU6和TaCBSX3互作可能通過SA途徑增強(qiáng)小麥對白粉病的抗性，而對條銹病沒有作用。

 

　　植物保護(hù)學(xué)院王保通教授和李強(qiáng)副教授為論文共同通訊作者，博士生王峭為第一作者，程蓬副教授、博士生靳鵬飛和碩士生郭夢瑩參與了該項(xiàng)工作。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFD1401000）、國家自然科學(xué)基金（32072410）、教育部111項(xiàng)目（B07049）和陜西省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（2019JZ-17）的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiac326