玉米丝黑穗病是由真菌引起的一种土壤传播的病害，也称为玉米乌米，这是一种全球范围内影响玉米的病害，平均发病率为20%左右，在重灾区这一比率甚至可以达到80%，这极大地影响了玉米的产量。病原真菌通常在种子发芽阶段即开始侵入植株，但早期不会显现症状。随着玉米从营养生长阶段过渡到生殖生长阶段，病原体保持内生状态，直到在玉米的花器官上出现典型的症状。一旦发生丝黑穗病，整株玉米的籽粒产量将完全丧失，对产量造成严重影响。![]()
2024年10月1日，国际植物科学领域顶级学术期刊《Molecular Plant》发表了中国农业大学的徐明良教授领导的研究团队的最新相关研究成果，题为“A maize WAK-SnRK1α2-WRKY module regulates nutrient availability to defend against head smut disease”的研究论文。该研究揭示了ZmWAK（一种细胞壁相关蛋白激酶）在调控玉米对抗丝黑穗病过程中的分子机制。
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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
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
此前的研究已经通过图位克隆技术鉴定了一个主要的抗病基因ZmWAK，该基因编码的蛋白质定位于细胞膜。ZmWAK在中胚轴区域高度表达，有助于抑制病原真菌向植物地上部分扩展。然而，ZmWAK如何参与抗病的机制尚未完全明确。本研究通过一系列体内和体外实验验证了ZmWAK的功能性及其激酶活性在病原体侵染后的增强情况。进一步的分析显示，ZmWAK的第407位苏氨酸残基是其自磷酸化的关键位点。此外，使用ZmWAK的胞内激酶域筛选酵母库，并结合多种实验技术（如pull-down、免疫共沉淀及双分子荧光互补），证明了ZmWAK与ZmSnRK1α2蛋白激酶之间的相互作用。体内外磷酸化实验证实ZmWAK可以磷酸化ZmSnRK1α2，促使后者从细胞质进入细胞核，而病原体侵染加强了这一过程。免疫沉淀与质谱分析进一步确定了ZmSnRK1α2的下游底物为转录因子ZmWRKY53。ZmSnRK1α2通过磷酸化ZmWRKY53促进其降解。生物信息学分析表明，ZmWRKY53调节跨膜转运基因的表达，当ZmWRKY53被降解时，这些基因的表达水平下降，导致向外转运的养分减少，如糖类、氨基酸、水分和离子等，从而导致细胞壁外环境缺乏养分，抑制了病原体的生长。![]()
总结来说，这项研究揭示了由丝黑穗病病原真菌Sporisorium reilianum诱导的免疫信号传导路径，从细胞膜到细胞核再到跨膜调控，为培育具有抗病性的玉米品种提供了重要的分子基础。中国农业大学徐明良教授课题组张倩倩博士为论文的第一作者，徐明良教授为通讯作者。吉林农科院玉米所邢跃先研究员在丝黑穗病田间接种方面给予了支持。课题组徐倩雅博士、闫明珠博士、范周硕士、钟涛博士和张楠博士提供了宝贵的帮助和建议。此外，中国农大徐凌教授、毕国志教授、朱旺升教授和宋文教授在文章的撰写和修订过程中提出了重要建议。该研究得到国家自然科学基金重点项目的资助。
