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为棉花抗黄萎病机制研究提供了新的理论基础 为陆地棉种质创新提供了新的基因资源

(Text | Cotton Team)近日,我校张献龙教授领导的棉花研究小组成功克隆了棉花中的第一个类病斑(一种在无病原体感染的情况下自发形成类病坏死的现象,与植物抗病调节中的超敏反应有关),产生相关基因SSN(沉默诱导的茎坏死)。经过近10年的研究,该团队克隆并验证了该基因的功能。相关论文于11月5日在线发表在国际著名杂志《自然通讯》(自然通讯)上。论文的第一作者是团队的博士生孙隆庆,交流作者是张献龙教授。

SSN基因的发现不仅为植物P450基因家族带来了新成员,还表明SSN通过全新的代谢途径调节茉莉酸的合成及其信号反应,并通过对其调节类疾病斑块形成的分子和细胞学机制的深入研究,调节影响系统细胞死亡的信号物质的产生。同时,信号产生途径对于发现植物抗病免疫过程中产生的系统获得性抗性信号物质具有重要的理论价值。研究还证实茉莉酸信号通路在棉花黄萎病抗性中起着关键作用。“组长”说,SSN基因表达的下调导致活性氧水平的显著增加和疾病过程相关蛋白的大量积累。同时,试管苗阶段产生了大量的转基因植物坏死表型。有趣的是,这种斑块表型的出现可能与水杨酸信号通路没有直接关系。深入研究发现,SSN是一种新的脂质代谢调节剂,位于十八烷类途径下游的氧化脂质代谢途径中。此外,SSN调节途径和茉莉酸合成途径具有代谢交叉,协同参与脂质代谢。研究还发现,SSN调节的系统细胞死亡信号也是植物系统获得抗性信号的关键组成部分。

棉花黄萎病是一种土传真菌维管束疾病,被称为棉花的“癌症”,但海岛棉花中存在较高的黄萎病抗性种质。接种黄萎病菌后,通过筛选相关差异表达基因,获得抗病海岛棉“7124”的EST序列。本研究通过人工接种SSN转基因材料进行抗性鉴定的结果表明,抑制SSN表达显著提高了棉花对黄萎病的抗性,进一步分析发现抗性的提高与茉莉酸信号通路的持续激活密切相关。

研究者认为,研究结果不仅为棉花黄萎病抗性机制的研究提供了新的理论基础,也为陆地棉种质创新提供了新的遗传资源。这也为植物免疫中超敏反应的发生和系统获得性抗性信号物质的发现提供了新的理论基础和思路。SSN基因就像一个阀门,调节植物对病原菌感染水平的抵抗力。植物通过调节SSN的表达水平,将抗病信号牢牢控制在代谢水平的可控范围内。

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