JIPB | 山东农业大学孔令让课题组在小麦赤霉病抗性机制方面取得新进展
小麦赤霉病是一种由禾谷镰刀菌引起的小麦穗部病害，被称为小麦“癌症”。小麦赤霉病的大面积爆发不仅会严重影响小麦的产量，还会产生大量的DON毒素，严重影响小麦品质。小麦赤霉病问题已成为各国政府格外关注并亟待解决的重大问题。然而，关于小麦赤霉病的抗性机制至今尚不清楚。目前仅有少量的抗性基因被报道。因此，挖掘小麦抗赤霉病基因，并揭示其抗性机制显得尤为重要。
JIPB近日在线发表了山东农业大学孔令让课题组题为“Integrated metabolo-transcriptomics and functional characterization reveals that the wheat auxin receptor TIR1 negatively regulates defense against Fusarium graminearum”的研究论文。该研究首次系统构建了调控小麦赤霉病的黄酮，植物激素（水杨酸、茉莉酸和生长素）以及酚胺等代谢物的分子调控网络，并揭示了生长素及其受体基因TIR1在小麦赤霉病抗性中的负调控作用。
研究人员首先对接种不同禾谷镰刀菌生理小种的样品进行代谢组学的联合分析。结果显示，有大量的黄酮类代谢物（柚皮素、槲皮素、山奈酚、二氢杨梅素、圣草酚、芹菜素等）表达水平发生了变化。进一步结合转录组学，挖掘到16个参与此调控路径的候选基因（PAL，CL，CYP73A，CYP75B1，ANS等）。体外芹菜素和山奈素处理，发现其均可以显著提高小麦赤霉病抗性。研究人员进一步构建酚胺代谢调控网络，发现胍丁胺、精胺、褪黑激素、腐胺、亚精胺等代谢物表达水平发生了显著变化，并挖掘到7个候选基因参与此调控路径（ARD，ODC1, TYNA等）。此外，还构建了植物激素（水杨酸、茉莉酸、生长素）的代谢调控网络，并挖掘到大量参与激素合成和信号转导的调控基因（图1）。随后，通过体外生长素处理，以及创建生长素受体基因TIR1的RNAi转基因株系，发现生长素及其受体基因TIR1在小麦赤霉病抗性中的负调控作用。荧光定量PCR结果显示，TIR1的沉默影响了其下游基因的表达，这也为TIR1抗病机理的探索提供了方向。
图1 小麦响应禾谷镰刀菌激素生物合成和信号转导途径
参考文献
Wang H, Sun S, Ge W, Zhao L, Hou B, Wang K, Lyu Z, Chen L, Xu S, Guo J, Li M, Su P, Li X, Wang G, Bo C, Fang X, Zhuang W, Cheng X, Wu J, Dong L, Chen W, Li W, Xiao G, Zhao J, Hao Y, Xu Y, Gao Y, Liu W, Liu Y, Yin H, Li J, Li X, Zhao Y, Wang X, Ni F, Ma X, Li A, Xu SS, Bai G, Nevo E, Gao C, Ohm H, Kong L (2020) Horizontal gene transfer of Fhb7 from fungus underlies Fusarium head blightresistance in wheat. Science 368: eaba5435.
小麦族多组学网站：http://wheatomics.info