杨琴教授团队发现玉米小斑病感病新基因

近日，New Phytologist在线发表了题为“A Leucine Rich Repeat Receptor Kinase Gene Confers Quantitative Susceptibility to Maize Southern Leaf Blight”的论文，首次揭示一个编码LRR-RK (leucine-rich repeat receptor kinase)的基因ChSK1（Cochliobolus heterostrophus Susceptibility Kinase 1）是玉米小斑病的感病基因，该基因突变或敲除可显著提高小斑病田间抗性。实验室杨琴教授和北卡州立大学Peter Balint-Kurti教授为论文通讯作者，博士研究生陈川为论文第一作者。

玉米小斑病是威胁玉米生产的重要叶部病害之一，在全世界玉米产区普遍发生。解析抗病性遗传机制、选育抗病品种是实现病害绿色防控和保障粮食安全的有效策略。植物隐性抗病基因，也称为显性感病基因，感病基因失活被认为是获得持久和广谱抗性作物的有效途径。近年来，利用感病基因进行植物抗病育种研究的报道逐渐增多，但到目前为止，玉米小斑病的感病基因还未见报道。

玉米对小斑病的抗性是由多基因控制的复杂数量性状。前期研究发现，位于第3号染色体bin3.04的QTL- qSLB3.04是一个玉米小斑病的隐性抗病位点。该研究利用图位克隆、候选基因关联分析、表达分析等发现ChSK1是qSLB3.04位点的感病基因，其编码一个LRR-RK蛋白。抗病亲本Mo17和NC292在ChSK1的第一个外显子上存在一个2344-bp的Harbinger-like转座子插入，导致基因失活（图1）。玉米NAM群体ChSK1等位基因分析发现，抗病材料中存在更多的变异类型，但不包含转座子插入，暗示不同抗病等位基因可能存在独立的进化模式。

图1 ChSK1在抗、感材料中的序列变异

玉米突变体、CRISPR/Cas9基因编辑材料分析表明，ChSK1突变或敲除可以显著增强玉米对小斑病的抗性。活性氧检测及转录组分析发现，ChSK1可能通过抑制基础免疫反应增加植物感病性（图2）。综上所述，该研究表明ChSK1是玉米小斑病的感病基因，可能通过抑制基础免疫来增强寄主的感病程度。这项研究揭示了LRR-RK基因可引起植物感病，增加了研究人员对植物感病的理解，也为培育玉米小斑病持久抗病性品种提供了新的思路。

图2 ChSK1参与调节过氧化氢的产生和影响防御应答信号通路

本研究得到了国家自然科学基金（31872871）、国家重点研发计划（2020YFA0907900）等项目支持。

文章链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/nph.18781