11月4日，中国农业大学农学院徐明良课题组在《自然·遗传学》（Nature Genetics）上在线发表了题为The ZmCPK39-ZmDi19-ZmPR10 immune module regulates quantitative resistance to multiple foliar diseases in maize 的研究论文。该研究历经十余载，揭示了一个广泛有效的抗病基因及其作用机制。这项发现不仅深化了我们对于植物如何在自然环境中抵御多种病原体的遗传和分子基础的理解，也为未来的抗病作物育种提供了宝贵的基因资源。此外，Nature Genetics 同期还发表了该项工作的“Research Briefing”：The kinase ZmCPK39 regulates foliar diseases resistance in maize plants。 中国农业大学徐明良团队在Nature Genetics（IF=30.8）发表玉米抗病研究的突破进展
继年初发表Nature Genetics后，中国农业大学该团队又在Nature子刊发表研究成果，揭示玉米“癌症”抗性机制
继今年发表两篇Nature子刊后，中国农业大学该团队又在植物学顶刊（IF=17.1）发表玉米抗病机制方面的研究成果
作为中国最重要的粮食作物之一，玉米对于确保国家粮食安全至关重要。然而，在其生长周期中，玉米经常受到由各种病原菌引发的病害的影响，特别是灰斑病、大斑病和小斑病等叶部疾病，这些病害严重威胁着玉米产量。在中国西南、东北的主要玉米种植区，灰斑病和大斑病尤为普遍；而在黄淮海和华北地区，小斑病的发生率近年来也显著上升。在自然条件下，不同的病害往往同时出现，而玉米如何协调对抗这些多重挑战的遗传和分子机制在此之前并不清楚。此前的研究中，徐明良团队已经在玉米第五号染色体上定位到了一个主要的抗灰斑病位点qRgls2。后续研究表明，这个位点除了对灰斑病有抗性外，还能有效抵抗大斑病和小斑病。通过多年来的精确定位工作，研究人员最终将此位点锁定在一个78kb的区域内，并通过一系列转基因实验验证了编码钙依赖性蛋白激酶ZmCPK39是负责该位点抗多种叶部病害的关键基因。图1 ZmCPK39负调控灰斑病、大斑病和小斑病抗性为了进一步解析ZmCPK39的抗病机制，研究团队利用酵母双杂交技术找到了与ZmCPK39相互作用的底物蛋白ZmDi19。随后的实验证实，ZmCPK39和ZmDi19在细胞膜上有直接的互动。通过转基因实验，他们证明了ZmDi19能够增强对三种主要叶部病害的抗性。图2 ZmDi19与ZmCPK39相互作用并正调控玉米抗病性研究还表明，ZmCPK39通过转录后水平影响ZmDi19的稳定性，即它能磷酸化ZmDi19并促进其降解，从而负向调控抗病性；而ZmDi19则正向调控抗病性。更具体的，ZmCPK39可以对ZmDi19进行磷酸化修饰，其中第117位丝氨酸的磷酸化状态对ZmDi19的稳定性起关键作用。图3 ZmCPK39磷酸化ZmDi19并促进其降解为了找出ZmDi19调控的下游靶标基因，研究团队进行了转录组和蛋白质组学分析，初步筛选出八个候选基因。通过酵母单杂交实验，他们确认ZmDi19可以直接结合到编码病情相关蛋白ZmPR10的启动子区域。表达调控实验显示，ZmDi19促进了ZmPR10的表达。此外，转基因实验和病原菌生长抑制测试表明，ZmPR10蛋白具有抑制病原菌生长和入侵的能力，因此正向调节玉米的抗病性。图4 ZmDi19的靶标基因ZmPR10正调控抗病性基于上述研究，徐明良团队提出了一个由ZmCPK39介导的广谱数量抗性的模型。在抗病品种中，病原菌感染会诱导ZmCPK39低表达，减少其对ZmDi19的磷酸化和降解，导致ZmDi19积累并激活ZmPR10的表达，进而表现出广泛的抗病性。相反，在易感品种中，病原菌感染会导致ZmCPK39高表达，加速ZmDi19的磷酸化和降解，降低ZmPR10的表达，从而使植物变得易感。农学院徐明良课题组博士后朱芒为第一作者，徐明良教授为通讯作者。课题组钟涛博士（现为北卡州立大学博士后）和博士生郭晨煜、张晓辉、刘玉琳提供了大量的支持；中国农业大学生物学院徐凌教授和吉林省农科院张艳研究员为本项目的成功奠定了坚实的基础；云南省农科院番兴明研究员、蒋辅燕博士，以及保山市农科院高级农艺师李琰聪、谢志坚、刘婷婷提供了试验材料和田间管理；美国北卡州立大学Peter Balint-Kurti提供了宝贵的意见和见解。此外，辽宁省农科院 姜敏 研究员和西北农林科技大学杨琴教授在田间大斑病和小斑病接种鉴定方面提供了重要的帮助。该研究得到农业生物育种重大项目2030、国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。![]()
