Nature Genentics：山东农业大学储昭辉揭示玉米枯萎病的分子机制

来源：iNature

Rhizoctonia solani是一种广泛分布的植物病原体，可导致玉米叶片和鞘叶枯萎病和水稻鞘叶枯病。

2019年9月30日，山东农业大学储昭辉团队在Nature Genetics 在线发表题为“Natural variation in ZmFBL41 confers banded leaf and sheath blight resistance in maize”的研究论文，该研究通过玉米全基因组关联研究确定了一种F-box蛋白（ZmFBL41），该蛋白赋予带状叶片和鞘枯萎病抗性。水稻过表达ZmFBL41表现出对R. solani的敏感性增加。该等位基因中的两个氨基酸取代阻止了其与ZmCAD的相互作用，后者编码单木酚生物合成途径中的最终酶，从而导致ZmCAD降解受到抑制，从而抑制了木质素的积累并限制了病变的扩展。敲除水稻中的ZmCAD同源基因OsCAD8B增强了对R. solani的敏感性。

该研究结果揭示了一种敏感性机制，其中R. solani以宿主蛋白酶体为靶标，以修饰植物细胞壁的二次代谢以使其入侵。更重要的是，它提供了一个机会来产生不同植物物种的抗茄枯萎病菌。

玉米是粮食，饲料和燃料的重要农作物之一，但是玉米的生产常常受到极端天气和主要玉米疾病的流行的频繁影响。因此，需要具有强大的抗病性，高产量和优良品质的玉米新品种。传统的杂交育种通常面临育种周期长，选择效率低的问题，制约了玉米育种的质量和速度。因此，通过生物技术改良玉米是一种有效的方法。由于玉米的大多数经济性状是数量性状，通常由多基因以及基因和/或基因与环境之间的相互作用控制，因此有必要采用适当的方法来定位数量性状位点（QTL）。

全基因组关联研究（GWAS）是一种有效的方法，可以根据连锁不平衡（LD）精确映射复杂特征下的QTL。这种关联映射策略于1996年首次提出，并已主要用于分析与人类疾病相关的复杂特征。近年来，GWAS已广泛用于农作物复杂性状的遗传剖析，并且已鉴定出许多与农作物重要农艺性状相关的QTL。在玉米中，已经使用GWAS方法全面研究了几个克隆的基因和拟议的抗病基因候选物。这些进展表明，GWAS是有效，高效地识别基因组与表型关联的强大工具。

玉米枯萎病菌（R. solani）引起的玉米带叶枯萎病（BLSB）是中国以及南亚和东南亚的重要病害。此外，由相同病原体引起的水稻鞘枯病是水稻中最具破坏性的疾病。尽管已鉴定出对 R. solani 相对抗性的玉米品种，但尚未发现完全抗田间或免疫的玉米品种。因此，挖掘抗性资源并了解玉米对 R. solani 的抗性遗传机制将大大有利于BLSB的抗性育种。研究表明，对solani的抗性是由多个基因控制的数量性状，没有主要基因对solani具抗性。迄今为止，已经鉴定了许多抗性QTL和防御相关基因，并对其功能进行了表征。但是，对玉米或水稻对 R. solani 的抗性机理发病机理知之甚少。

E3泛素连接酶介导的蛋白质降解是重要的过程，在免疫应答的调节中起着关键作用，并且已经证明具有E3连接酶活性的几种蛋白质在调节植物的先天免疫应答中起作用。SKP1-cullin-F-box（SCF）复合物是E3连接酶的一个亚家族，底物识别是由该复合物中的F-box蛋白提供的。此外，F-box蛋白在植物免疫中的作用已得到很好的研究。

在这里，研究人员报告了一个新的等位基因zmfbl41的分离和机制表征，该基因涉及玉米对R. solani的抗性。 ZmFBL41编码一个F-box蛋白，该蛋白与肉桂醇脱氢酶ZmCAD相互作用，导致ZmCAD的泛素化和降解。zmfbl41植物中的ZmCAD积累导致增强的BLSB抗性。因此，该研究揭示了ZmFBL41-ZmCAD相互作用调节玉米BLSB抗性的机制。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41588-019-0503-y