小麥赤霉病被稱作小麥"癌癥",不僅嚴(yán)重危害小麥的產(chǎn)量和品質(zhì),而且會導(dǎo)致脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）等真菌毒素的嚴(yán)重污染,而挖掘應(yīng)用抗赤霉病基因培育抗病小麥品種是抵御病原菌侵害最有效的方法之一。本研究基于組裝的二倍體長穗偃麥草參考基因組、BAC文庫等,利用圖位克隆技術(shù)克隆了一個主效抗小麥赤霉病基因Fhb7。該基因編碼一個具有廣譜催化作用的谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶,通過去環(huán)氧化機制對單端孢霉烯族毒素起到解毒作用。令人驚奇的是,在植物界沒有發(fā)現(xiàn)Fhb7的同源基因,但多個證據(jù)表明二倍體長穗偃麥草早期可能與Epichlo?屬的內(nèi)生真菌形成共生體,通過水平基因轉(zhuǎn)移將Epichlo?Fhb7的DNA序列整合到長穗偃麥草基因組中,從而進化出抗鐮刀菌屬病原菌侵染的功能。Fhb7基因?qū)胄←満?在不同的遺傳背景下,不會造成產(chǎn)量的明顯損失,同時對小麥赤霉病和莖基腐病具有廣譜抗性,因此在小麥抗病育種中具有廣闊的應(yīng)用前景。 

【文章來源】：自然雜志. 2020,42(04)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

轉(zhuǎn)Fhb7基因小麥的抗赤霉病功能鑒定。將Fhb7的原始啟動子及開放閱讀框(846 bp)遺傳基因轉(zhuǎn)化入小麥品種科農(nóng)199中，A為轉(zhuǎn)基因小麥單株，B為科農(nóng)199。利用單花滴注法在小麥揚花期將禾谷鐮刀菌F.graminearum懸浮孢子接種入小麥的小穗，套袋保濕72 h后，持續(xù)觀察發(fā)病情況直至21 d。結(jié)果顯示，相比野生型對照組，轉(zhuǎn)基因株系赤霉病抗性顯著提高

我們利用Fhb7序列在NCBI數(shù)據(jù)庫中進行比對[10]。有趣的是，在整個小麥族甚至整個植物界中均沒有發(fā)現(xiàn)Fhb7的同源基因。然而，在一種內(nèi)生真菌Epichlo?aotearoae基因組中存在Fhb7的同源基因，且相似性高達97%。進一步比對分析發(fā)現(xiàn)Fhb7的序列在多個Epichlo?屬的內(nèi)生真菌中均有分布。因此，我們猜測在早期長穗偃麥草可能與某種Epichlo?屬的內(nèi)生真菌存在共生關(guān)系，由于發(fā)生了內(nèi)生真菌向寄主植物的水平基因轉(zhuǎn)移(horizontal gene transfer,HGT)而將基因Fhb7整合到了長穗偃麥草的基因組中(圖2)。同時，由于該基因存在于二倍體和十倍體長穗偃麥草E基因組中，我們推測該水平基因轉(zhuǎn)移事件發(fā)生在小麥族植物分化出二倍體長穗偃麥草之后，而在十倍體長穗偃麥草形成之前。通過進一步與E.aotearoae基因組中的同源基因比對分析發(fā)現(xiàn)，除了846 bp的編碼區(qū)序列存在同源性之外，在起始密碼子前32 bp和終止密碼子后19bp以及基因Fhb7上游535 bp處存在90 bp的序列均與E.aotearoae基因組高度相似。這暗示可能是一個較大的DNA片段通過水平基因轉(zhuǎn)移導(dǎo)入了長穗偃麥草基因組中，后期的進化過程中發(fā)生了堿基突變，但保留了現(xiàn)在的部分片段，這也證明了保留下來的基因片段是決定蛋白功能的關(guān)鍵序列。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Breeding wheat for resistance to Fusarium head blight in the Global North: China, USA, and Canada[J]. Zhanwang Zhu,Yuanfeng Hao,Mohamed Mergoum,Guihua Bai,Gavin Humphreys,Sylvie Cloutier,Xianchun Xia,Zhonghu He.  The Crop Journal. 2019(06)



本文編號：3543326