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根腫病是油菜等十字花科作物農業生產上危害最大的病害，每年在我國的發病面積達4800-6000萬畝。根腫菌在土壤中可存活二十年，耕地一旦被污染，將不再適合種植十字花科作物。中國科學院遺傳與發育生物學研究所陳宇航和周儉民合作團隊，克隆了廣譜抗根腫病基因WeiTsing（WTS,?衛青）并闡明了其作用機制。WTS介導植物對多種根腫菌的抗性，在十字花科作物抗根腫病育種中有良好應用前景。相關研究于2023年6月8日發表于《細胞》。?
自上個世紀二十年代在我國臺灣和福建地區發現根腫病以來，我國根腫病的發生面積不斷增加。尤其是近年來，隨著農業機械化的不斷發展，根腫病在我國呈快速蔓延的趨勢，根腫病的發生面積約占全國十字花科作物種植面積的30%。利用抗病基因改造農作物抗病性是防治病害最為綠色經濟高效的方式，但已知的根腫病抗病基因數目少、機制研究薄弱，且田間已經出現了新菌株，導致現有抗根腫病基因抗性喪失。因此，挖掘高效廣譜抗根腫病基因是抗根腫病育種面臨的巨大挑戰。?
周儉民團隊長期研究植物免疫機制，前期通過與清華大學研究柴繼杰等團隊合作，于2019年在國際上首次發現了植物抗病小體，揭示了植物NLR家族抗病蛋白激活免疫的核心機制，解決了困擾植物免疫領域二十多年的難題，成果入選2019年度中國生命科學十大進展。隨后，周儉民團隊與遺傳發育所的陳宇航團隊、何康敏團隊及清華大學的柴繼杰團隊合作，于2021年揭示了經典抗病小體ZAR1的離子通道功能，明確了鈣離子作為植物激活免疫的初始信號。陳宇航團隊與清華大學柴繼杰團隊合作，于2022年解析了小麥抗病小體Sr35的離子通道活性，進一步支持了植物免疫的鈣信號理論。周儉民、陳宇航團隊在植物抗病基因鑒定、功能研究、結構解析及通道活性鑒定等方面積累了豐富的經驗。?
針對十字花科作物根腫病害這一重大問題，陳宇航和周儉民團隊綜合利用遺傳學、生物化學、結構生物學及生理學等方法，分離鑒定到了高抗根腫病基因WTS并闡明了其分子機制。WTS編碼一個從未報道過的蛋白，導入油菜后不僅表現出良好的抗性，生長發育也完全正常；攜帶WTS的油菜作對多個根腫菌表現為高抗，包括在現有抗性品種上表現出高致病力的菌株，表明WTS是一個廣譜抗性基因。因此WTS在油菜抗根腫病分子育種中有很好的應用價值。進一步研究發現，當根腫菌侵染時，WTS在中柱鞘細胞中特異表達并自我裝配為定位于內質網的新型鈣離子通道，通過介導內質網鈣離子釋放激活下游免疫反應，從而保護根部維管束系統免受病菌的侵害。WTS在中柱外圍形成保護屏障，與秦漢在北部山區建立防線、抗擊匈奴，具有相似性，因此借用西漢將領衛青命名該基因。?
該成果表明，植物不僅可以通過傳統的抗病小體激活鈣信號，還能利用NLR家族以外的其它蛋白，組裝成全新的離子通道來激活鈣信號和免疫反應。不同于質膜定位的抗病小體，WTS復合物定位于內質網，表明其為鈣離子釋放通道，這也是在植物中首次發現鈣離子釋放通道；此外，WTS在根部特異細胞層的誘導和作用方式，對其它土傳病害抗性機制的研究有重要借鑒意義。?
遺傳發育所副研究員王偉、博士后秦力、博士生張文靜及唐凌匯為該篇論文的第一作者；陳宇航研究員、周儉民研究員與王偉副研究員為論文的共同通訊作者。參加這項工作的還有四川農業大學的黃云團隊和中國科學院遺傳與發育生物學研究所的梁承志團隊。該項研究得到了國家重點研發計劃、國家自然基金及中科院戰略先導專項的支持。?
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