南湖新聞網

菜鳥香港 > 新聞 > 科學研究 > 正文

我校在植物抵禦煙草花葉病毒產生無症狀表型的遺傳和分子機制研究中取得新進展

核心提示: 近日,華中農業大學匡漢暉教授團隊發表最新研究成果,揭示了宿主抵禦TMV產生無症狀表型的遺傳和分子機制,為重要經濟作物的TMV的抗性育種提供了理論基礎。

南湖新聞網訊(通訊員 胡羣科學家在植物和病原菌的互作研究中主要關心感病/抗病的機制。然而,一種或一類病原物僅能侵染或感染部分個體,絕大多數其它個體並不受該病原物感染。在能夠被某類病原物侵染的個體中,因個體差異等原因,不同的個體在受病原侵染後會產生不同的症狀。

侵染某一寄主的不同微生物可以對寄主有益、有害、或無明顯作用。另一方面,同一病原菌對不同的寄主基因型的影響也有差異。比如,有些人感染新冠病毒後會產生明顯的病症甚至死亡,而有些人感染後體內可檢測到新冠病毒但並無明顯病症,稱為無症狀感染者。這一現象在植物界中也廣泛存在,但人們對此知之甚少。比如,不同的煙草基因型在煙草花葉病毒(TMV)侵染後會產生抗病反應(超敏反應)、感病或無症狀等多種表型。其中,引起煙草抗病和感病反應的相關基因大多被克隆,其分子作用機理也得到大量解析。但煙草植株受TMV侵染後產生無症狀表型的現象自二十年前首次被報道以來,其遺傳機理和分子機制尚不清楚。

圖1. 煙草受TMV侵染後的不同反應

圖1. 煙草受TMV侵染後的不同反應

圖(A)從左至右依次為超敏反應、感病反應和無症狀表型

近日,華中農業大學匡漢暉教授團隊在Plant Physiology在線發表了題為“Two TOBAMOVIRUS MULTIPLICATION 2A homologs in tobacco determine asymptomatic response to tobacco mosaic virus”的研究論文,揭示了宿主抵禦TMV產生無症狀表型的遺傳和分子機制,為重要經濟作物的TMV的抗性育種提供了理論基礎。

圖片1

該研究發現,煙草品種TI203受TMV侵染後表現為無症狀表型。該無症狀表型是因為寄主中積累的TMV病毒量較少。遺傳分析發現該無症狀表型由2個隱性基因共同控制。通過構建抗感混合池、結合RNA-seq測序(BSR RNA-seq)和比較基因組學的方法,課題組從具有複雜基因組的四倍體煙草中圖位克隆了決定無症狀表型的兩個基因,NtsTOM2A和NttTOM2A。這兩個基因分別位於煙草基因組的2組亞染色體上,互為homeologs,並與擬南芥中報道的TOM2A基因同源,編碼四跨膜蛋白,定位於液泡膜上。NtsTOM2A第6個外顯子上的2-bp缺失和NttTOM2A第3個外顯子上的2-bp缺失導致基因產生移碼突變,使得兩個基因都失去功能,不能與TMV複製所必須的膜蛋白TOM1互作,最終影響了TMV在煙草中的複製能力,導致宿主無症狀表型的產生。

通過對植物界52個物種分析發現,該基因在綠藻、苔蘚、蕨類以及所有的高等植株中都存在,包括TMV的宿主和非宿主,但在更古老的物種(如紅藻和灰藻等)以及植物界外不存在。除來自綠藻的TOM2A外,其它物種中的TOM2A同源體均具有支持TMV複製的能力。

最後,課題組利用CRISPR/Cas9技術分別在煙草和番茄中敲除該基因,所得突變體植株在T0代和T6代均獲得了明顯的抗TMV和ToMV(Tomato Mosaic Virus)能力,表明與常規的顯性抗病基因(大多數為NBS-LRR類抗病基因)不同,tom2a介導的病毒抗性比較穩定和持久。值得注意的是,課題組還發現番茄中的TOM2A CRISPR/Cas9突變體具有輕微的莖稈發育缺陷表型,表明TOM2A在維持植物正常生長髮育過程中具有重要的生物學功能。

綜上所述,該研究揭示了宿主中兩個保守基因的自發功能丟失突變賦予了煙草無症狀表型。該基因的敲除可培育持久抗TMV的茄科作物,為制定新的作物病害防控策略提供了理論基礎。華中農業大學胡羣博士為論文第一作者,匡漢暉教授為論文通訊作者。雲南省煙草研究院參與了課題研究。

審核人:匡漢暉

論文鏈接//academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiab448/6373380?login=true

責任編輯:蔣朝常 張鈺