6月23日，中國農業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物種質(zhì)資源抗逆和品質(zhì)性狀評價(jià)團隊與河南省農科院糧作所、北京科技大學(xué)合作研究，通過(guò)單細胞測序繪制了玉米根尖高分辨率細胞圖譜，闡明了玉米根尖主要細胞類(lèi)型對鐮孢菌侵染根系的應答機制和關(guān)鍵基因調控模塊，構建了玉米根尖免疫調控網(wǎng)絡(luò )，為解析玉米抗病分子機制及抗病育種奠定了基礎。相關(guān)研究成果在線(xiàn)發(fā)表于《植物生物技術(shù)（Plant Biotechnology Journal）》上。

 

　　玉米是我國第一大糧食作物，莖腐病是我國玉米生產(chǎn)上最重要的病害之一。擬輪枝鐮孢（Fusarium verticillioides, Fv）是莖腐病的重要致病菌，也是玉米穗腐病的主要致病因子。然而，有關(guān)Fv與玉米植株之間的互作以及玉米抵御Fv入侵的分子機制和免疫調控網(wǎng)絡(luò )均不明確，制約著(zhù)玉米對鐮孢莖腐病抗性在育種和生產(chǎn)上的應用。

 

　　研究人員利用Fv侵染抗、感莖腐病的玉米自交系根尖，通過(guò)對原生質(zhì)體進(jìn)行單細胞測序，共鑒定出玉米根部7個(gè)主要細胞類(lèi)型。對抗、感材料不同細胞類(lèi)型中Fv侵染響應基因分析，發(fā)現玉米根尖主要細胞類(lèi)型通過(guò)多種抗病信號途徑應對Fv入侵并鑒定了12個(gè)Fv響應關(guān)鍵調控模塊。對根尖頂端分生組織中差異表達的ZmWOX5b和ZmPIN1a基因在抗病分子信號途徑中的功能研究發(fā)現，該基因通過(guò)調節吲哚乙酸生物合成，在根尖中形成吲哚乙酸濃度梯度，促進(jìn)玉米根系伸長(cháng)來(lái)保護根尖頂端分生組織免受Fv侵染。結合整合生物信息學(xué)及機器學(xué)習等方法構建了6個(gè)玉米根尖細胞類(lèi)型特異性的免疫調控網(wǎng)絡(luò )。總之，該研究不僅提供了玉米根系發(fā)育過(guò)程中細胞命運決定的全局視角，還從單細胞水平上深入解析了玉米根尖主要細胞類(lèi)型的免疫調控網(wǎng)絡(luò )，從而為闡明玉米抗病分子機制和抗病育種奠定了基礎。

 

　　河南省農科院糧作所曹言勇副研究員和馬娟博士為該論文共同第一作者，作科所段燦星研究員、北京科技大學(xué)萬(wàn)向元教授和龍艷教授為共同通訊作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和中國農業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng )新工程項目的資助。

 

　　原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14097