转基因水稻抗纹枯病

背景：小麦纹枯病主要由腐生型真菌–禾谷丝核菌（Rhizoctoniacerealis）引起，是我国小麦生产中的第一大土传病害，2024年以来我国每年有1亿亩以上小麦遭受纹枯病为害。小麦纹枯病斑主要发生在植株的基部茎秆及叶鞘上，阻碍营养物质的运输，引起倒伏、枯孕穗或枯白穗，严重影响小麦的产量。当前生产上缺乏抗纹枯病的小麦品种。解析小麦抗纹枯病的防御反应机制，遗传改良小麦对纹枯病的抗性非常重要。

中国农业科学院作物科学研究所张增艳研究员团队，综合利用遗传学、转录组学、分子生物学、病毒诱导基因沉默、转基因过表达和生物化学等方法，从抗病小麦中鉴定、克隆了多个不同类型的抗纹枯病重要基因，并揭示了其功能与机制。2024年9月19日《JournalofExperimentalBotany》杂志在线发表了张增艳研究团队在小麦抗纹枯病方面的部分研究进展。

本研究通过转录组学、基因网略分析、抗性转录水平关联、功能关联分析，鉴定克隆了抗纹枯病菌相关的小麦GATA类转录因子基因TaGATA1，并研究了其抗病功能和作用机制。TaGATA1在抗病小麦品系中的表达量显著高于在感病小麦中，受纹枯菌诱导上调，且在茎、根和种子组织中诱导上调的幅度较大，初步推断该基因表达与小麦抗纹枯病反应与种子性状相关。采用基因枪方法将TaGATA1转入感病小麦品种扬麦16。转基因分子特征分析与抗性鉴定结果表明，TaGATA1过表达能提高转基因小麦中一些防卫基因的表达量，显著增强转基因小麦对纹枯病的抗性。利用病毒诱导基因沉默（VIGS）技术，降低抗病小麦品系CI中TaGATA1的表达量，导致小麦中一些防卫基因表达量下降和对纹枯病的抗性减弱。亚细胞定位和酵母杂交结果表明TaGATA1是定位于细胞核的转录激活因子，EMSA和ChIP-QPCR结果表明，TaGATA1可以直接结合上面防卫基因的启动子上含GATA-BOX的反式元件并激活他们的表达。信号路径分析结果表明，TaGATA1及其TaGATA1调控的防卫蛋白编码基因主要通过茉莉酸（JA）信号路径介导此抗病防御反应。TaGATA1转录激活因子通过结合与激活JA信号介导的一些防卫基因，正向调控小麦抗纹枯病的防御反应。该研究首次揭示了植物GATA蛋白调控免疫反应的功能。

Fig.1.TranscriptionalanalysisofTaGATA1inRhizoctoniacerealisinoculatedwheat

Figure4BSMV-inducedTaGATA1silencingimpairsresistanceofwheatCItoRhizoctoniacerealis.

Figure5MolecularcharacterizationsofTaGATA1-overexpressingwheatplantsandtheirresponsestoRhizoctoniacerealis.

文章

XinLiu^,XiuliangZhu^,XueningWei^,ChunguiLu,FangdiShen,XuewenZhang*,ZengyanZhang*,ThewheatLLM-domain-containingtranscriptionfactorTaGATA1positivelymodulateshostimmuneresponsetoRhizoctoniacerealis,JournalofExperimentalBotany