上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院陳功友教授研究組與美國(guó)密蘇里大學(xué)-哥倫比亞分校植物科學(xué)系唐納德-丹佛斯植物科學(xué)中心Bing Yang教授研究組合作，近日在Plant Communications合作發(fā)表題為“Xa1 allelic R genes activate rice blight resistance suppressed by interfering TAL effectors”的研究文章，報(bào)道了稻黃單胞菌先天免疫抑制因子iTALE使得Xa1及其等位基因的抗病譜變窄的最新研究成果。

 

　　稻黃單胞菌（Xanthomonas oryzae）稻致病變種（X.oryzae pv. oryzae, Xoo）和稻生致病變種（X. oryzae pv. oryzicola, Xoc）分別引起水稻白葉枯病（Bacterial Blight, BB）和細(xì)菌性條斑病（Bacterial Leaf Streak, BLS）。2016年該合作研究團(tuán)隊(duì)曾在Nature Communications首次從稻黃單胞菌中發(fā)現(xiàn)了克服Xa1抗性的iTALE（interfering TAL effector），之前認(rèn)為，其是轉(zhuǎn)錄激活類(lèi)因子（TALEs）在進(jìn)化重組過(guò)程中的碎片，沒(méi)有生物學(xué)功能（https://www.nature.com/articles/ncomms13435）。該研究還發(fā)現(xiàn)，水稻白葉枯病抗病基因Xa1（NLR家族），可以被任一典型結(jié)構(gòu)的TALE激活；不含有iTALE的Xoo和Xoc菌株均能激活Xa1抗性；在水稻-稻黃單胞菌無(wú)休止的軍備競(jìng)賽中，絕大多數(shù)菌株（~95%）進(jìn)化產(chǎn)生了iTALE，抑制了Xa1抗性。

　　圖1. NLR類(lèi)Xa1等位基因型抗性被 TALE激活或被 ITALE抑制的可能模式

 

　　隨后兩個(gè)研究組發(fā)現(xiàn)，不含iTALE的Xoo菌株，還能在IRBB2 （Xa2）、扎昌龍（Xa31（t））、IRBB14（Xa14）、尼瓦拉野生稻Xa45（t）和Carolina Gold Select（CGS-Xo111）等水稻上激發(fā)過(guò)敏反應(yīng)。分離這些R基因發(fā)現(xiàn)，它們均是Xa1的等位基因型，能被任一典型結(jié)構(gòu)的TALE激活抗性（ETI）并被iTALE所抑制（ETS）。這些成員的主要差別在其羧基端由93個(gè)氨基酸單一重復(fù)單元串聯(lián)形成的LRR功能域（圖1）。Xa14是該類(lèi)成員中抗譜最廣和LRR重復(fù)單元數(shù)最少的成員。

 

　　據(jù)此推測(cè)，在共進(jìn)化中，病菌的iTALE是TALE的逃逸子（decoy）， 避免被識(shí)別；相應(yīng)地，在水稻中理論上存在Xa1等位基因型被TALE激活的逃逸子。目前中美兩個(gè)研究組正加強(qiáng)合作，試圖發(fā)現(xiàn)水稻中Xa1等位基因型的逃逸子，以便使得這類(lèi)NLR類(lèi)R基因在水稻生產(chǎn)上發(fā)生廣譜抗病性的作用。

 

　　該研究還提示，種植R基因的水稻品種仍是防控BB和BLS最為經(jīng)濟(jì)、有效和安全的防治措施，但還應(yīng)監(jiān)測(cè)和預(yù)警田間病菌的毒力進(jìn)化，科學(xué)指導(dǎo)R基因的應(yīng)用和布局。

 

　　密蘇里大學(xué)-哥倫比亞分校植物科學(xué)系博士后紀(jì)寵輝和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所副研究員紀(jì)志遠(yuǎn)為論文第一作者，堪薩斯州立大學(xué)Sanzhen Liu研究組參與了此項(xiàng)工作，Bing Yang教授和陳功友教授為共同通訊作者。該研究得到了中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金、美國(guó)農(nóng)業(yè)部食品與農(nóng)業(yè)研究院（USDA/NIFA）和中國(guó)科協(xié)“青年人才托舉工程”等項(xiàng)目的資助。

 

　　論文鏈接：https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462（20）30110-3