通过突变液泡铁转运蛋白（VIT）实现春小麦系铁的生物强化及提高叶锈病抗性水平

《Physiology and Molecular Biology of Plants》：Iron biofortification and increased resistance level to leaf rust of spring wheat lines by mutation of vacuolar iron transporters, VIT

　　

摘要

叶锈病（LR）由专性生物营养型真菌Puccinia triticina Eriks.引起，是全球范围内威胁小麦产量和籽粒营养品质的重要病害。本研究评估了通过伽马射线（250–350 Gy）照射春小麦品种Kazakhstanskaya-10所获得的M₄高级突变系，以探究叶锈病抗性与液泡铁（Fe）运输之间的关系。表型分析和半定量组织学分析鉴定出同时表现出苗期和成株期抗性的高度抗感突变系。抗感基因型表现出早期前胞子管超敏反应，而感病野生型中则未观察到该反应。针对TaVIT4-D液泡铁转运体基因位点（XM_044518495.1）的基因靶向序列分析揭示了一个多态性富集区域，其特征是转换和颠换事件频率升高。跨膜拓扑预测和疏水性分析表明，若干非同义突变及电荷改变型氨基酸替换定位在TMH2与TMH3之间预测的胞质侧Fe结合区域内，在保持整体跨膜结构完整性的同时改变了局部理化性质。这些突变与籽粒Fe积累增加相关，其中最抗感突变系的籽粒Fe浓度较野生型提高了2.11倍。综上所述，研究结果支持TaVIT4-D变异在协同调节叶锈病抗性和籽粒Fe积累中的潜在作用，并与涉及铁营养免疫（通过铁剥夺）和氧化防御的模型相一致。结果表明，针对TaVIT4-D的诱变育种可能是一种有前景的非转基因策略，可同时提高小麦的疾病抗性和籽粒微量营养素含量。