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我室病原真菌功能基因组学团队发现赤霉菌与小麦互作的关键途径

近日,我室病原真菌功能基因组学团队的研究人员在Nature Communications在线发表了题为“An orphan protein of Fusarium graminearum modulates host immunity by mediating proteasomal degradation of TaSnRK1α”的研究论文,阐明了赤霉病菌—禾谷镰刀菌编码的孤儿致病蛋白Osp24与小麦孤儿抗病蛋白Frog竞争结合并调控小麦SnRK1蛋白激酶的稳定性,从而介导小麦感病/抗病的分子机制。

“手中有粮、心里不慌”,粮食是国家安全稳定的重要保障。但是近年来全球气候变暖导致病虫害频繁爆发,严重威胁我国粮食安全,特别是能够为害小麦、玉米等多种主要粮食作物的赤霉病已成为威胁我国粮食安全的重大真菌病害。目前生产上缺少对赤霉病高抗或免疫的作物品种,防控面临严峻形势。

该研究通过对禾谷刀菌(小麦赤霉病菌)的50个孤儿蛋白(orphan proteins)进行系统性功能研究,发现其中的Osp24对赤霉菌在穗轴中的扩展具有重要作用。进一步研究证明Osp24可进入寄主小麦细胞内并靶向小麦的SnRK1激酶,通过招募泛素-26S蛋白酶体以加速SnRK1的降解,从而导致小麦感病。而小麦在感知病菌分泌的DON毒素后激活了孤儿抗病蛋白Frog的表达,该蛋白通过与病菌的Osp24竞争结合SnRK1,保护SnRK1激酶不被降解,从而介导小麦的抗病性。通过创制小麦稳定的转基因材料,证明无论是过表达SnRK1还是Frog均能够显著提高小麦抗赤霉病能力。因此,该研究发现了赤霉病菌与小麦分子互作的关键途径,为小麦高抗赤霉病遗传改良以及发展新的病害防控策略提供了新思路

我室江聪研究员为该论文的第一作者,刘慧泉研究员与许金荣教授为该论文的共同通讯作者。研究受到了国家自然科学基金、陕西省创新人才推进计划-青年科技新星、西北农林科技大学“双一流”建设经费和青年英才培育计划等项目的资助。

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禾谷镰刀菌Osp24介导的病原-寄主互作模式图