近日，南京農業(yè)大學(xué)農學(xué)院智海劍教授團隊在國際植物領(lǐng)域著(zhù)名雜志Molecular Plant上在線(xiàn)發(fā)表了“A cell wall-localized NLR confers resistance to Soybean mosaic virusby recognizing viral-encoded cylindrical inclusion protein”。該論文從大豆品種大白麻中圖位克隆了一個(gè)編碼NLR（Nucleotide binding, leucine-rich repeat receptor）蛋白的抗大豆花葉病毒（Soybean Mosaic Virus, SMV）基因Rsc4-3。與以往發(fā)現的細胞內行使抗病功能的NLR蛋白不同，該抗病NLR蛋白Rsc4-3在植物細胞壁上與大豆花葉病毒無(wú)毒因子CI特異識別并介導對SMV的抗性。

 

　　大豆是我國重要的糧食和油料兼用作物，起源于我國，并已有幾千年的種植歷史。SMV是嚴重危害大豆生產(chǎn)的全國性病害，克隆抗SMV基因并闡明其抗性機制對SMV防控尤為重要。

 

　　為獲得抗SMV基因，該團隊前期發(fā)現抗病品種大白麻14號染色體上有一個(gè)顯性抗SMV位點(diǎn)，并完成精細定位。本論文在此基礎上，通過(guò)瞬時(shí)表達和Crispr/Cas9介導的基因敲除等方法證明了精細定位區間內只有Rsc4-3介導大白麻對SC4、SC7等多個(gè)SMV株系的抗性，但不能介導對SC15株系的抗性（圖1）。Rsc4-3編碼CC-NB-LRR結構的NLR類(lèi)抗病蛋白，通過(guò)葉片酶解、質(zhì)壁分離等亞細胞定位實(shí)驗發(fā)現該蛋白只存在于細胞壁上，這與已往報道的NLR蛋白胞內定位結果的明顯不同，研究還發(fā)現Rsc4-3的N端存在可能的棕櫚酰化位點(diǎn)且該位點(diǎn)對抗病反應至關(guān)重要。

 

　　該研究通過(guò)不同株系的SMV基因組片段重組實(shí)驗和單病毒基因誘發(fā)Rsc4-3介導的免疫反應實(shí)驗，發(fā)現Rsc4-3識別的無(wú)毒基因是SMV編碼的CI蛋白（圖2）；雖然CI蛋白在細胞內外都有分布，但Rsc4-3只在胞外通過(guò)直接互作識別分布在胞外的CI蛋白引發(fā)抗病反應。通過(guò)進(jìn)一步氨基酸點(diǎn)突變，發(fā)現了CI第572個(gè)氨基酸的變異決定SMV的毒性，CI的572位酪氨酸（Y）突變?yōu)榻M氨酸（H）或谷氨酰胺（Q）會(huì )導致Rsc4-3的抗性喪失。SC15株系的毒性CI可以抑制SC4株系的無(wú)毒CI所誘發(fā)的Rsc4-3介導的抗病反應，田間無(wú)毒和有毒株系混合侵染時(shí)，有毒株系表現上位性，這也給大豆抗SMV育種帶來(lái)挑戰。該研究揭示了大豆與大豆花葉病毒攻防機制（圖3），為大豆SMV防控奠定了基礎。

 

　　南京農業(yè)大學(xué)農學(xué)院國家大豆改良中心和作物遺傳和種質(zhì)創(chuàng )新國家重點(diǎn)實(shí)驗室為該論文第一完成單位，南京農業(yè)大學(xué)智海劍教授和南京師范大學(xué)許凱教授為共同通訊作者，南京農業(yè)大學(xué)博士研究生殷金龍、博士后王立群為共同第一作者，晉彤彤、聶陽(yáng)、劉慧、李凱等也參加了相關(guān)研究。研究獲得國家自然科學(xué)基金、國家大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專(zhuān)項資金、江蘇省現代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng )新中心和江蘇省自然科學(xué)基金的資助。

 

　　論文鏈接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052（21）00279-3