中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作科所揭示玉米抗莖腐病的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

　　6月23日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物種質(zhì)資源抗逆和品質(zhì)性狀評(píng)價(jià)團(tuán)隊(duì)與河南省農(nóng)科院糧作所、北京科技大學(xué)合作研究，通過(guò)單細(xì)胞測(cè)序繪制了玉米根尖高分辨率細(xì)胞圖譜，闡明了玉米根尖主要細(xì)胞類型對(duì)鐮孢菌侵染根系的應(yīng)答機(jī)制和關(guān)鍵基因調(diào)控模塊，構(gòu)建了玉米根尖免疫調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為解析玉米抗病分子機(jī)制及抗病育種奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《植物生物技術(shù)（Plant Biotechnology Journal）》上。

 

　　玉米是我國(guó)第一大糧食作物，莖腐病是我國(guó)玉米生產(chǎn)上最重要的病害之一。擬輪枝鐮孢（Fusarium verticillioides, Fv）是莖腐病的重要致病菌，也是玉米穗腐病的主要致病因子。然而，有關(guān)Fv與玉米植株之間的互作以及玉米抵御Fv入侵的分子機(jī)制和免疫調(diào)控網(wǎng)絡(luò)均不明確，制約著玉米對(duì)鐮孢莖腐病抗性在育種和生產(chǎn)上的應(yīng)用。

 

　　研究人員利用Fv侵染抗、感莖腐病的玉米自交系根尖，通過(guò)對(duì)原生質(zhì)體進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序，共鑒定出玉米根部7個(gè)主要細(xì)胞類型。對(duì)抗、感材料不同細(xì)胞類型中Fv侵染響應(yīng)基因分析，發(fā)現(xiàn)玉米根尖主要細(xì)胞類型通過(guò)多種抗病信號(hào)途徑應(yīng)對(duì)Fv入侵并鑒定了12個(gè)Fv響應(yīng)關(guān)鍵調(diào)控模塊。對(duì)根尖頂端分生組織中差異表達(dá)的ZmWOX5b和ZmPIN1a基因在抗病分子信號(hào)途徑中的功能研究發(fā)現(xiàn)，該基因通過(guò)調(diào)節(jié)吲哚乙酸生物合成，在根尖中形成吲哚乙酸濃度梯度，促進(jìn)玉米根系伸長(zhǎng)來(lái)保護(hù)根尖頂端分生組織免受Fv侵染。結(jié)合整合生物信息學(xué)及機(jī)器學(xué)習(xí)等方法構(gòu)建了6個(gè)玉米根尖細(xì)胞類型特異性的免疫調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。總之，該研究不僅提供了玉米根系發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞命運(yùn)決定的全局視角，還從單細(xì)胞水平上深入解析了玉米根尖主要細(xì)胞類型的免疫調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而為闡明玉米抗病分子機(jī)制和抗病育種奠定了基礎(chǔ)。

 

　　河南省農(nóng)科院糧作所曹言勇副研究員和馬娟博士為該論文共同第一作者，作科所段燦星研究員、北京科技大學(xué)萬(wàn)向元教授和龍艷教授為共同通訊作者。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目的資助。

 

　　原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14097