河北农业大学马峙英团队揭示棉花GhGPA基因抗黄萎病分子机制

  The Crop Journal   编辑部原创 

       黄萎病是严重影响棉花产量和品质的一种土传维管束病害,克隆抗病相关基因并解析其抗病机制是棉花抗病分子改良的重要基础。包含Gα、Gβ、Gγ三种亚基的异源三聚体G蛋白作为重要的受体信号转导分子,在多个生物学过程中扮演着重要的角色。然而,关于G蛋白α亚基在调控植物防御反应中的作用鲜见报道。

      近日,河北农业大学马峙英团队在The Crop Journal在线发表了题为“The G-protein α subunit GhGPA positively regulates Gossypium hirsutum resistance to Verticillium dahliae via the induction of SA and JA signaling pathways and ROS accumulation”的研究论文。该研究对其前期鉴定的在黄萎病菌胁迫下的差异表达蛋白G蛋白α亚基的编码基因GhGPA进行了系统的抗病功能研究,明确了GhGPA在棉花抗黄萎病中的作用,初步解析了该基因的抗病机制,为系统解析棉花抗病分子机制提供了重要的理论依据。

       该团队首先从陆地棉抗病品种农大601中克隆了G蛋白α亚基编码基因GhGPA,发现其受黄萎病菌诱导后上调表达,并且在抗病品种中的表达量显著高于感病品种。GhGPA定位于细胞膜。GhGPA与拟南芥AtGPA1(AT2G26300)高度同源(84.99%),对AtGPA1突变体gpa1-4进行接菌处理,其抗性显著降低;在gpa1-4中异位表达GhGPA能恢复突变体的抗性,且抗性高于野生型;同样,超表达GhGPA的拟南芥株系抗性水平也显著高于野生型,同时PR基因的表达量显著上调,H2O2、SA、JA含量显著提高。利用VIGS技术在棉花中沉默GhGPA,抑制其表达,能使棉花的抗性显著下降,同时PR基因、SA与JA信号通路相关基因显著降低。进一步分析发现,H2O2、SA、JA的含量在VIGS沉默植株和拟南芥gpa1-4突变体中都显著降低。上述结果表明,GhGPA通过激活SA和JA信号通路和调控活性氧产生而在植物抗黄萎病过程中发挥重要作用。这些发现不但扩宽了我们对GhGPA生物学功能的认知,而且为了解GhGPA参与棉花大丽轮枝菌的防御机制提供了新的见解。

作者和基金项目

        博士研究生陈斌为第一作者,马峙英教授和王省芬教授为通信作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家现代农业产业技术体系建设专项和河北省杰出青年基金项目资助。由马峙英教授带领的河北农业大学棉花遗传育种创新团队,针对棉花产业发展重大需求和生态、生产条件,重点开展棉花种质资源收集与创新、重要性状基因克隆和分子标记发掘、不同类型新品种创制等研究工作,取得了一系列重要成果。先后育成审定21个抗病高产优质棉花新品种,获得国家科技进步二等奖2项,省部级科技一等奖6项,国家发明专利25项。在Nat GenetNat BiotechnolCrop JPlant JMol Plant PatholTheor Appl GenetPlant Biotechnol J以及《作物学报》等国内外知名期刊上发表研究论文200余篇。

THE CROP JOURNAL

         The Crop Journal (《作物学报(英文版)》)是中国科协主管,中国作物学会、中国农业科学院作物科学研究所和中国科技出版传媒股份有限公司共同主办的学术期刊,创刊于2013年10月。办刊宗旨为刊载作物科学相关领域最新成果,开展国际学术交流,促进我国作物科学研究水平及国际影响力的提升。主要刊登农作物遗传育种、耕作栽培、生理生化、生态、种质资源以及与农作物有关的生物技术、生物数学、农业气象等领域以第一手资料撰写的研究论文、研究简报以及专题综述等。2019年The Crop Journal的SCI影响因子为3.395,在JCR农学和植物学两个学科位于Q1区,并位列中科院分区农林类期刊一区。2019–2023年获中国科技期刊卓越行动计划重点项目资助。

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