[所屬分類:新聞動態] [發布時間:2019-10-17] [發布人:] [閱讀次數:] [返回]

山東拓普(pu)生物工程有(you)限公司(si)

Shandong Tuopu Biol-Engineering Co.,Ltd

上(shang)海交(jiao)通大學教授陳功友領銜(xian)的(de)植物(wu)(wu)與病(bing)原菌(jun)分子互作研(yan)究團隊通過近 20 年(nian)研(yan)究，揭示了病(bing)原菌(jun)效應蛋白這個 “間諜” 與植物(wu)(wu)感病(bing)基因 “接(jie)頭(tou)人” 之(zhi)間的(de)協同進(jin)化(hua)關(guan)系，提出(chu)利用基因編輯技(ji)術阻(zu)斷(duan)兩者之(zhi)間的(de)協同進(jin)化(hua)進(jin)程，從(cong)而使(shi)植物(wu)(wu)獲(huo)得廣譜抗病(bing)（RLS）的(de)育(yu)種新途徑，為解決作物(wu)(wu)抗病(bing)性喪失問題，保障(zhang)糧食(shi)安全(quan)(quan)與食(shi)品安全(quan)(quan)提供了新的(de)思路。

水(shui)(shui)(shui)(shui)稻(dao)白葉枯(ku)(ku)病是(shi)三大水(shui)(shui)(shui)(shui)稻(dao)病害之一，是(shi)危害水(shui)(shui)(shui)(shui)稻(dao)生產的(de)頭(tou)號細(xi)菌 “殺手”。該病在亞洲(zhou)、拉(la)丁美洲(zhou)和(he)西非數(shu)十個國(guo)家的(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)稻(dao)種植區(qu)廣泛發(fa)生，國(guo)內目前(qian)除(chu)了新疆和(he)東北的(de)北部地區(qu)以外，其他省(sheng)市的(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)稻(dao)種植區(qu)均有分(fen)布。水(shui)(shui)(shui)(shui)稻(dao)白葉枯(ku)(ku)病通常導致水(shui)(shui)(shui)(shui)稻(dao)減產 10%~20%，發(fa)生嚴重(zhong)的(de)地區(qu)可達(da) 50% 以上，甚至是(shi)絕收。同時水(shui)(shui)(shui)(shui)稻(dao)白葉枯(ku)(ku)病也是(shi)植物(wu)病理學和(he)植物(wu)免疫學領域最重(zhong)要的(de)模式系(xi)統之一，在科學上具有重(zhong)要研究價(jia)值。

植(zhi)物病(bing)害(hai)發(fa)生(sheng)的(de)過(guo)(guo)(guo)程，就(jiu)是病(bing)原菌與植(zhi)物雙方投(tou)入大(da)量 “兵(bing)(bing)力” 進行的(de)一(yi)場沒有硝(xiao)煙的(de)戰爭。為(wei)了抵御病(bing)原菌的(de)入侵(qin)，植(zhi)物通(tong)過(guo)(guo)(guo)角質(zhi)(zhi)、蠟質(zhi)(zhi)等(deng)多(duo)種(zhong)生(sheng)化(hua)物質(zhi)(zhi)構(gou)筑起一(yi)系(xi)列堅固的(de)物理和(he)化(hua)學 “堡(bao)壘(lei)”。病(bing)原菌運用(yong)“明(ming)修棧(zhan)道，暗渡陳(chen)倉(cang)” 的(de)兵(bing)(bing)法來 “攻擊(ji)” 這些(xie)(xie)(xie) “堡(bao)壘(lei)”，一(yi)方面通(tong)過(guo)(guo)(guo)合(he)成胞外(wai)降解酶、毒(du)素等(deng)物質(zhi)(zhi)“明(ming)修棧(zhan)道”，從(cong)外(wai)部一(yi)層層瓦解這些(xie)(xie)(xie)“堡(bao)壘(lei)”，另一(yi)方面卻(que)通(tong)過(guo)(guo)(guo)組裝多(duo)種(zhong)被稱為(wei)分(fen)泌系(xi)統(tong)的(de)裝置“暗渡陳(chen)倉(cang)”，將大(da)量的(de)效應蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)“間諜” 直接分(fen)泌到植(zhi)物體 “堡(bao)壘(lei)” 內部，這些(xie)(xie)(xie) “間諜” 在植(zhi)物體內部大(da)肆破(po)壞，最終使 “堡(bao)壘(lei)” 從(cong)內部被 “攻破(po)”，植(zhi)物發(fa)生(sheng)病(bing)害(hai)。水(shui)稻白(bai)(bai)葉枯(ku)病(bing)菌派(pai)出的(de)最重要(yao)的(de)一(yi)類(lei)效應蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)“間諜” 是 III 型分(fen)泌系(xi)統(tong)分(fen)泌的(de)轉錄(lu)激活因子類(lei)效應蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)（TALE 蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)），其中只(zhi)有少數幾個毒(du)性(xing)作用(yong)明(ming)顯，稱為(wei)主(zhu)效 TALE 蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)。

陳功友團隊多(duo)年(nian)來從全國(guo)各水(shui)稻產區的(de)(de)(de)(de)發病(bing)田(tian)塊(kuai)收集分離到數百個白(bai)(bai)葉枯病(bing)原菌(jun)(jun)株，在不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)水(shui)稻品種上(shang)測(ce)定了這些菌(jun)(jun)株的(de)(de)(de)(de)毒(du)性(xing)，并進行分子標記分析，發現這些中國(guo)菌(jun)(jun)株具有豐富的(de)(de)(de)(de)遺傳多(duo)樣性(xing)和毒(du)性(xing)差異。通過基因組學(xue)和分子生(sheng)物(wu)學(xue)工具，從其中幾個強(qiang)毒(du)性(xing)菌(jun)(jun)株中分離到數十(shi)個 TALE 蛋(dan)白(bai)(bai)編(bian)碼基因并分別測(ce)定毒(du)性(xing)，最終 “識破” 了一類(lei)被(bei)稱為 PthXo2-like 的(de)(de)(de)(de)新型(xing)主(zhu)效 TALE 蛋(dan)白(bai)(bai)“間諜”，并且在不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)菌(jun)(jun)株中發現了這類(lei)蛋(dan)白(bai)(bai)的(de)(de)(de)(de)五種類(lei)型(xing)。

反復驗證(zheng)，確定水稻 “間諜接頭人”

水(shui)稻(dao)白葉枯病菌分泌的(de) TALE 蛋白 “間(jian)諜” 進(jin)入(ru)植(zhi)物(wu)細(xi)胞(bao)后，能(neng)夠躲過植(zhi)物(wu)免疫系統的(de)偵(zhen)查，偽裝成水(shui)稻(dao)自(zi)身的(de)轉錄(lu)激活(huo)因(yin)子，與 “潛伏” 在(zai)水(shui)稻(dao)細(xi)胞(bao)內的(de)一類感病基因(yin) “接頭人” 進(jin)行(xing) “聯絡”，“接頭暗號(hao)” 是雙方特定氨基酸序(xu)列與 DNA 序(xu)列之(zhi)間(jian)的(de)一套密碼。一旦 “對上了暗號(hao)”，TALE 蛋白就能(neng)夠識(shi)別并結(jie)合在(zai)病基因(yin)啟(qi)動子的(de)相應(ying)區域，激活(huo)感病基因(yin)的(de)表(biao)達(da)，從內部(bu)“攻破(po)” 植(zhi)物(wu)的(de)防線。

研究人(ren)(ren)員(yuan)通過(guo)對新發現的(de) “間諜(die)”蛋白序列進(jin)行(xing)比較分析(xi)，初步確(que)定(ding)(ding)水(shui)稻感(gan)病基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin) OsSWEET13 具有 “接頭人(ren)(ren)” 嫌疑。接下來經過(guo)不(bu)同(tong)(tong)(tong)分子生(sheng)物學實驗(yan)的(de)反復驗(yan)證，最終確(que)定(ding)(ding)該基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)即為該類(lei) “間諜(die)” 的(de)靶標(biao)基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin) “接頭人(ren)(ren)”。同(tong)(tong)(tong)時，對 3000 份水(shui)稻種(zhong)質資源基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)組進(jin)行(xing)的(de)分析(xi)發現，該基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)在啟動子識別區域也(ye)存在十(shi)種(zhong)不(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)類(lei)型(xing)。從而證明病原菌的(de)效應蛋白“間諜(die)” 與(yu)水(shui)稻感(gan)病基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin) “接頭人(ren)(ren)” 之(zhi)間呈現出一(yi)種(zhong) “軍(jun)備競賽(sai)” 的(de)協同(tong)(tong)(tong)進(jin)化關系。

善用利器，建立抗病育(yu)種新途徑

陳功友(you)團(tuan)隊(dui)根據水稻感(gan)病基(ji)因(yin) “接頭人”OsSWEET 與病原細(xi)(xi)菌 TALE 蛋(dan)白“間(jian)(jian)諜” 之間(jian)(jian)的關系，采用新興(xing)的基(ji)因(yin)編(bian)輯技術這一(yi)研究利器(qi)，干擾 “間(jian)(jian)諜” 與“接頭人”之間(jian)(jian) “接頭暗號” 的識(shi)別，從而(er)(er)同(tong)時(shi)阻(zu)斷多個細(xi)(xi)菌 TALE 蛋(dan)白 “間(jian)(jian)諜” 的破(po)壞活動，最終(zhong)獲(huo)得了廣譜抗(kang)(kang)白葉枯病的水稻新種質，提出了阻(zu)斷植物感(gan)病性而(er)(er)獲(huo)得廣譜抗(kang)(kang)病性的育種新途(tu)徑(jing)。

南京農業大(da)學竇道(dao)龍教授對此(ci)評價道(dao)：“該研究在理(li)論(lun)(lun)上闡明了(le)不通過利(li)用抗病基因而通過編輯多個感(gan)病基因從而實現(xian)作物的(de)廣譜抗病性(xing)，為水稻白葉枯病的(de)防治(zhi)提供了(le)新的(de)材料(liao)和方案，為作物抗病育種和抗性(xing)喪失治(zhi)理(li)提供了(le)成功(gong)案例(li)，具有重(zhong)要理(li)論(lun)(lun)和實踐意(yi)義。”

據悉，陳功友團隊(dui)目前正在將該(gai)技術應(ying)用(yong)于(yu)優(you)良(liang)雜交水(shui)稻親(qin)本的(de)改良(liang)中，預計一兩(liang)年內可育成穩定遺傳的(de)品(pin)種，這將大(da)(da)大(da)(da)縮(suo)短雜交水(shui)稻育種年限(xian)。不久，隨著這些高產(chan)又(you)抗病的(de)品(pin)種在生產(chan)上的(de)推廣應(ying)用(yong)，農(nong)藥的(de)用(yong)量(liang)將急(ji)劇(ju)減少，農(nong)民生產(chan)水(shui)稻的(de)經濟和人(ren)力(li)成本將大(da)(da)大(da)(da)降低(di)，而老(lao)百姓將也(ye)在餐桌(zhuo)上吃到(dao)更加優(you)質安全的(de)大(da)(da)米。