中國(guó)熱科院在甘蔗OPR基因家族及其成員正調(diào)控植物對(duì)病原菌的防御方面取得新進(jìn)展

　　近日，中國(guó)熱科院熱帶生物技術(shù)研究所甘蔗逆境生物學(xué)、甘蔗分子育種研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合福建農(nóng)林大學(xué)甘蔗逆境與分子育種研究團(tuán)隊(duì)在甘蔗12-氧-植物二烯酸還原酶（12-oxo-phytodienoic acid reductase, OPR）基因家族及其成員（ScOPR2）正調(diào)控植物對(duì)病原菌的防御方面取得新進(jìn)展。該研究揭示了OPR基因家族的遺傳進(jìn)化及其成員（ScOPR2）在植物防御生物脅迫中的功能，為后續(xù)深入解析ScOPR2的抗病調(diào)控機(jī)制及其在甘蔗抗病生物育種上的利用奠定了基礎(chǔ)。

 

　　12-氧-植物二烯酸還原酶（OPR）是十八烷碳烯酸代謝途徑中的一個(gè)關(guān)鍵酶，控制茉莉酸（jasmonic acid, JA）生物合成的最后步驟，在植物生長(zhǎng)發(fā)育與逆境應(yīng)答反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。課題組前期基于甘蔗轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)篩選到一個(gè)積極響應(yīng)脫落酸（ABA）、茉莉酸甲酯（MeJA）、水楊酸（SA）和黑穗病菌（Sporisorium scitamineum）脅迫的ScOPR1基因。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，ScOPR1通過(guò)增加JA、SA和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（GST）的積累以及上調(diào)信號(hào)通路相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)增強(qiáng)植物抗病性。但是，OPR作為一個(gè)多基因家族，其基因家族構(gòu)成、不同成員間的遺傳進(jìn)化關(guān)系、成員間的抗病調(diào)控功能及作用機(jī)制之間存在的差異仍需進(jìn)一步闡明。因此，系統(tǒng)鑒定與分析甘蔗OPR基因家族及其成員的抗病功能，對(duì)甘蔗抗病分子育種具有重要的理論與實(shí)踐意義。

 

　　研究從甘蔗野生種割手密（AP85-441）、熱帶種（LA-purple）和栽培種（R570）的基因組入手，共鑒定出129個(gè)甘蔗OPR基因，并對(duì)其進(jìn)行了序列特征、遺傳進(jìn)化關(guān)系和基因功能分化等一系列分析。通過(guò)啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄組分析探究甘蔗OPR成員間的不同生物學(xué)功能及其在響應(yīng)黑穗病菌侵染下的表達(dá)模式，發(fā)現(xiàn)ScOPR2基因定位于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜，并在不同甘蔗組織中特異性表達(dá)且積極響應(yīng)SA、MeJA和黑穗病菌脅迫。研究還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了ScOPR2的穩(wěn)定過(guò)表達(dá)能提高轉(zhuǎn)基因植物對(duì)病原菌的防御能力，結(jié)合煙草免疫基因檢測(cè)、抗病生理指標(biāo)檢測(cè)及RNA-seq（轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)）等分析，發(fā)現(xiàn)ScOPR2的抗病增強(qiáng)效應(yīng)可能是通過(guò)激活病原相關(guān)分子模式—模式識(shí)別受體（PAMP/PRR）觸發(fā)的免疫產(chǎn)生活性氧（ROS）并啟動(dòng)絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）級(jí)聯(lián)反應(yīng)，隨后觸發(fā)水楊酸和免疫信號(hào)的傳遞，促進(jìn)防御相關(guān)基因和物質(zhì)的積累的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。除此之外，研究還構(gòu)建了甘蔗ScOPR2介導(dǎo)的抗病調(diào)控機(jī)制模型。以上的發(fā)現(xiàn)為深入解析ScOPR2基因的抗病機(jī)理提供了新的思路，并為OPR基因在甘蔗抗病生物育種上的利用奠定了良好的理論基礎(chǔ)。

 

　　該研究成果以“Molecular insights into OPR gene family in Saccharum identified a ScOPR2 gene could enhance plant disease resistance”為題發(fā)表于《The Plant Journal》。中國(guó)熱科院生物所/熱帶作物生物育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫婷婷副研究員為該論文第一作者，福建農(nóng)林大學(xué)/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甘蔗生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蘇亞春副研究員、中國(guó)熱科院生物所/熱帶作物生物育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張樹(shù)珍研究員，中國(guó)熱科院生物所/福建農(nóng)林大學(xué)/熱帶作物生物育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室闕友雄研究員為該論文的共同通訊作者。該研究得到熱帶作物生物育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研項(xiàng)目、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)、中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)中心科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、福建農(nóng)林大學(xué)國(guó)家甘蔗工程研究中心主任科研基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家糖料產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和福建省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。

 

　　原文鏈接：http://doi.org/10.1111/tpj.16990