近日，Plant Biotechnology Journal在線發(fā)表了蔬菜研究所白菜課題組題為Wall-associated kinase BrWAK1 confers resistance to downy mildew in Brassica rapa的研究論文，基于圖位克隆鑒定到大白菜抗霜霉病新基因BrWAK1，系統(tǒng)解析了BrWAK1參與霜霉病抗性的分子機(jī)理，并探討了該基因在抗病分子育種中的應(yīng)用潛力。

 

　　大白菜（Brassica rapa L. ssp. pekinensis）起源于我國，是我國第一大蔬菜作物。霜霉病是由專性寄生霜霉菌（Hyaloperonospora parasitica）引起的卵菌病害，是危害大白菜的三大病害（病毒病、霜霉病和軟腐病）之一，該病流行范圍廣、發(fā)病速度快，對白菜的產(chǎn)量和品質(zhì)造成嚴(yán)重影響，培育霜霉病抗性品種是解決這一難題最有效的途徑之一。

 

　　該團(tuán)隊以大白菜抗霜霉病自交系T12-19和感病自交系91-112為親本構(gòu)建的DH群體、以及衍生的高代回交、自交群體為材料，經(jīng)過近十年的精細(xì)定位研究，鑒定到了抗病候選基因BrWAK1，編碼一個細(xì)胞壁關(guān)聯(lián)的蛋白激酶（Wall-associated kinase，WAK）。

 

　　進(jìn)一步的研究表明，病原菌侵染能夠顯著誘導(dǎo)抗病自交系T12-19中水楊酸合成和BrWAK1的表達(dá)上調(diào)，噴施水楊酸也能夠誘導(dǎo)BrWAK1的表達(dá)上調(diào)，啟動子序列分析發(fā)現(xiàn)抗病自交系中BrWAK1的啟動子中增加了水楊酸響應(yīng)元件，水楊酸的反饋調(diào)控可能在抗病中發(fā)揮重要作用。利用轉(zhuǎn)基因和基因編輯驗證了BrWAK1的功能，在感病自交系91-112中過量表達(dá)BrWAK1可以顯著增強(qiáng)其抗病性，而在抗病自交系T12-19中敲除BrWAK1能夠增強(qiáng)其感病性；構(gòu)建BrWAK1重要結(jié)構(gòu)域的嵌合載體，通過瞬時轉(zhuǎn)化研究發(fā)現(xiàn)，BrWAK1的胞外半乳糖醛酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域（GUB）的變異是感病自交系91-112喪失抗性的主要原因。此外，我們還發(fā)現(xiàn)BrWAK1能夠與BrBAK1發(fā)生相互作用，并導(dǎo)致下游絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）級聯(lián)反應(yīng)，從而觸發(fā)抗病防御反應(yīng)。

 

　　綜上所述，本研究系統(tǒng)解析了BrWAK1參與大白菜抗霜霉病免疫反應(yīng)的分子機(jī)理，并發(fā)現(xiàn)BrWAK1轉(zhuǎn)基因白菜的生物量沒有顯著變化，展現(xiàn)了該基因在大白菜霜霉病抗性改良中的潛在應(yīng)用價值。

 

　　蔬菜研究所張彬副研究員和蘇同兵研究員為該論文的第一作者，于拴倉研究員與張鳳蘭研究員為共同通訊作者，該研究得到了得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、北京市種質(zhì)創(chuàng)制和品種選育聯(lián)合攻關(guān)、國家自然科學(xué)基金等項目和北京市農(nóng)林科學(xué)院杰出科學(xué)家培育項目的資助。該團(tuán)隊近年來以提高白菜產(chǎn)量、抗病和抗逆性為主要目標(biāo)，基于基因組學(xué)、馴化選擇分析和圖位克隆等手段，鑒定了一批控制白菜開花、抗病、抗逆及其形態(tài)建成相關(guān)的功能基因，研究成果先后發(fā)表在Molecular Plant、Plant Biotechnology Journal、Cell Reports、Plant Cell forbid Environment和Journal of Experimental Botany等雜志上。