南京农业大学Nature Genetics发文:战胜小麦“癌症”的生物武器

【字体: 时间:2019年06月19日 来源:南京农业大学

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  小麦赤霉病是由真菌镰刀菌引起的最具毁灭性的世界性小麦病害,堪称小麦“癌症”。小麦赤霉病的发生不仅导致严重的产量损失,还严重影响籽粒品质和食品安全,至今仍未得到有效解决。多年来,相关领域的科学家一直在探索如何战胜小麦赤霉病的武器。

  

小麦赤霉病是由真菌镰刀菌引起的最具毁灭性的世界性小麦病害,堪称小麦“癌症”。小麦赤霉病的发生不仅导致严重的产量损失,还严重影响籽粒品质和食品安全,至今仍未得到有效解决。多年来,相关领域的科学家一直在探索如何战胜小麦赤霉病的武器。

近日,南京农业大学马正强教授团队在国际权威杂志NatureGenetics上以“Mutation of a histidine-rich calcium-bindingprotein gene in wheat confers resistance to Fusarium headblight”为题,报道在我国长江中下游的抗病优异小麦基因资源“望水白”和“苏麦3号”中,通过图位克隆的方式,找到了抵抗小麦“癌症”的关键基因Fhb1,为战胜小麦赤霉病提供了有力的武器。

Fhb1编码一个注释为富含组氨酸的钙离子结合蛋白(Histidine-richcalcium-bindingprotein,His),植物His同源基因的编码产物的氨基端(N-端)序列和整个蛋白结构高度保守;六倍体普通小麦中His基因的Fhb1变异赋予了小麦赤霉病抗性。

这一团队分析了643份普通小麦品种中Fhb1基因对应染色体区段的遗传变异,发现Fhb1基因很可能起源于我国长江中下游地区,是我国特有的优异小麦基因资源。该区域历来是赤霉病流行和爆发的区域,强大的选择压提供了抗赤霉病自然突变被保留下来的条件。Fhb1基因不仅可以提高小麦对赤霉病的抗性,在其它植物中利用该基因也有可能提高抗病能力。该研究为进一步揭示小麦抗赤霉病的分子机制奠定了重要基础。

Fhb1是小麦中目前已知的最重要抗赤霉病QTL,具有最强的抗扩展效应,还可降低籽粒中真菌毒素的积累。通过分子标记辅助选择的方法将Fhb1导入到来自江苏、山东、河南、四川等省的中感或高感赤霉病小麦品种中,抗赤霉病扩展能力的提高幅度能达到76%。Fhb1基因的克隆将大大提高小麦抗赤霉病育种的效率,为我国和世界小麦生产和食品安全提供保障。

上述研究成果,南京农业大学李国强博士、博士生周继阳和贾海燕副教授为共同第一作者,马正强教授为通讯作者。部分成果已获得中国和美国发明专利授权。

二十多年来,马正强教授团队利用基因组学、转录组学,蛋白组学等技术手段发掘和鉴定了十几个抗赤霉病的QTL和一批与赤霉病抗性相关的基因,并培育了一系列抗赤霉病种质,提供·给育种单位利用,得到了育种家的广泛赞誉。该团队敢于以小麦赤霉病抗性·这一关系粮食安全的世界性难题为主攻目标,勇于探索,追求真理、不畏挫折、不计得失,潜心研究,体现了淡泊名利、潜心研究的科学家精神。

原文标题:

Mutation of a histidine-rich calcium-bindingprotein gene in wheat confers resistance to Fusarium headblight

https://dx.doi.org/10.1038/s41588-019-0426-7

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