近日,Plant Physiology線上發表了我校植物免疫研究團隊和中國農業科學院作物科學研究所作物轉基因及基因編輯科技與應用創新團隊合作完成的題為“Transcription factor BZR2 activates chitinaseCht20.2 transcription to confer resistance to wheat stripe rust”的研究論文。該研究發現小麥油菜素內酯(Brassinolide,BR)訊號通路中的BES/BZR轉錄因數TaBZR2通過提高幾丁質酶活性賦予小麥對條鏽菌的廣譜抗性。我校植物免疫研究團隊博士研究生柏星軒與詹剛明副教授為共同第一作者,我校郭軍教授與中國農業科學院徐兆師研究員為共同通訊作者。
油菜素內酯訊號通路參與植物多種生理過程,其中BES/BZR是BR訊號通路中的關鍵轉錄因數。團隊前期研究表明,BES/BZR型轉錄因數TaBZR2通過轉錄啟動谷胱甘肽S-轉移酶1基因TaGST1的表達,正向調控小麥(Triticumaestivum)的抗旱性。然而,TaBZR2在生物脅迫中的功能尚不清楚。小麥條鏽菌(Pucciniastriiformis f. sp.tritici,Pst)作為活體營養專性寄生真菌,毒性變異頻繁,嚴重威脅我國乃至世界的小麥生產。深入瞭解條鏽菌-小麥互作的分子機制有助於發掘廣譜抗性基因,從而實現小麥條銹病的綠色持久控制。然而,現時關於小麥廣譜抗條銹病的分子機制知之甚少。
為了探究TaBZR2是否參與小麥對條鏽菌的廣譜抗性,首先通過實时定量分析明確了TaBZR2受到條鏽菌、flg22和Pst322(條鏽菌激發子類蛋白)的誘導並呈顯著上調表達。TaBZR2的穩定過表達株系對小麥條鏽菌多個生理小種均表現出抗病性,病程相關基因(TaPR1和TaPR2)的轉錄水准顯著提高,過氧化氫積累量新增。然而,TaBZR2穩定的沉默株系對小麥條鏽菌多個生理小種的抗性明顯降低。
過表達TaBZR2顯著提高小麥對條鏽菌多個生理小種的抗性
轉錄組測序分析發現,TaBZR2可能調控幾丁質酶基因的表達。進一步驗證發現,條鏽菌侵染過程中,TaCht20.2在TaBZR2-OE株系中上調表達較為顯著。通過EMSA和LUC活性報告試驗分析表明,TaBZR2直接結合TaCht20.2啟動子區域的E-box元件啟動其轉錄。功能分析表明,TaCht20.2正向調控小麥對條鏽菌的抗性。酶活實驗證明,在條鏽菌侵染過程中,TaBZR2提高了小麥體內幾丁質酶活性,而TaBZR2所調控的TaGST1在條鏽菌侵染過程中幾乎不發揮作用。
TaBZR2轉錄啟動TaCht20.2以提高小麥幾丁質酶活性
綜上,在條鏽菌侵染過程中,TaBZR2通過轉錄啟動TaCht20.2,提高小麥體內幾丁質酶活性,正向調控病程相關基因的轉錄表達,新增過氧化氫(H2O2)含量,從而表現出小麥對條鏽菌的廣譜抗性(圖3)。而在乾旱脅迫下,TaBZR2通過轉錄啟動TaGST1,清除乾旱誘導的O2-含量,正向調控乾旱響應相關基因的轉錄表達,提高了小麥的抗旱性(圖3)。本研究挖掘並獲得了小麥廣譜抗條銹病因數TaBZR2,解析了其介導的廣譜抗病分子機理,為解决小麥品種抗病性頻繁喪失的世界難題及條銹病持久控制提供了新思路。
TaBZR2介導的廣譜抗條銹病模式圖
該研究得到國家、教育部、陝西省有關專案資助。
原文連結:https://doi.org/10.1093/plphys/kiab383
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