华中农业大学赖志兵团队成功克隆了玉米抗灰斑病基因，为玉米育种带来新突破

创业 2024-12-07 20:38 上海

编辑：智种网

华中农业大学赖志兵团队在《New Phytologist》期刊上发表重大研究成果，成功克隆了玉米抗灰斑病基因 ZmWAK02，为玉米育种带来新突破。

2023 年 12 月 7 日，赖志兵团队在《New Phytologist》上发表研究，宣布克隆出玉米抗灰斑病的关键基因 ZmWAK02。这项研究不仅克隆了该基因，还通过转基因验证了其功能，对玉米抗灰斑病育种具有重大应用价值。

玉米灰斑病（GLS）是由 Cercospora zeina 或 C. zeae-maydis 引起的全球性病害，对玉米产量和质量构成严重威胁。尽管已鉴定出 100 多个抗灰斑病的 QTL，但成功克隆的基因寥寥无几。赖志兵团队鉴定出一个主效 QTL，qRglsSB，能解释 58.42% 的表型变异，并通过精细定位将区域缩小至 928 kb。研究证实，编码RD细胞壁相关激酶的ZmWAK02基因是 qRglsSB 的抗性基因。转基因株系和互补株系的实验结果表明，ZmWAK02基因的渗入杂交系在 GLS 侵染下能显著提高产量，且不影响非侵染条件下的产量。

这项研究不仅克隆了一个具有抗 GLS 效应的基因 ZmWAK02，还证实了其在玉米育种中的巨大价值。ZmWAK02 基因的发现，为提高玉米对灰斑病的抗性提供了新的分子工具，有望在玉米育种中得到广泛应用。

研究背景指出，玉米作为全球重要作物，易受病害影响，导致产量和质量下降。控制病害的最佳方法是种植抗病玉米杂交种，而克隆抗性基因是实现这一目标的关键。尽管对玉米抗病性的研究已有不少进展，但与水稻和小麦等作物相比，克隆的玉米抗性基因数量有限。

灰斑病（GLS）是全球主要的玉米病害之一，产量损失可达 11% 至 69%。自 1925 年首次报道以来，GLS 已蔓延至多数玉米种植区，成为限制玉米产量的重要病害。遗传分析显示，GLS 抗性是数量性状，具有加性遗传。目前，已报道 100 多个针对 GLS 的抗性QTL，但克隆的基因较少。

植物先天免疫包括模式触发免疫（PTI）和效应触发免疫（ETI）。WAK 蛋白作为 PTI 的一部分，有助于基础抗性。研究表明，WAK 蛋白在 ETI 中也发挥作用。WAK 蛋白根据激酶结构域中精氨酸（R）残基的存在与否，分为 RD WAK 和非 RD WAK 两个亚组。RD WAK 通常与生长发育有关，非 RD WAK 则在抗病性方面发挥作用。

本研究鉴定了 GLS 的主要抗性 QTL：qRglsSB，并克隆了该 QTL。qRglsSB 位于 bin 1.06 中，包含 12 个候选基因，其中编码 WAK 的三个基因（ZmWAK02、ZmWAK03 和ZmWAK04）被选为最佳候选基因。转基因实验结果表明，只有含有ZmWAK02的转基因植物表现出对 GLS 的抗性表型。

ZmWAK02 编码 RD WAK，与作物中大多数编码非 RD WAK 的抗性 WAK 基因不同。研究还发现，ZmWAK02 基因的渗入杂交系能在 GLS 侵染下显著提高产量，且不影响非侵染条件下的产量。

综上所述，本研究克隆了一个具有抗 GLS 效应的基因ZmWAK02，并证实了其在玉米育种中的巨大价值。这一发现为提高玉米对灰斑病的抗性提供了新的分子工具，有望在玉米育种中得到广泛应用。

原文链接：https://doi.org/10.1111/nph.19465

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