参薯 (Dioscorea alata) 是一种重要的热带和亚热带作物,因其高产、抗逆性强、有药用价值等特性,在世界范围内越来越受到关注。胶孢炭疽菌 (Colletotrichum gloeosporioides) 是参薯的主要病害,严重时会导致高达90%的产量损失。由于参薯种植过程中不开花或少开花的特征,传统的基于遗传杂交的抗性基因定位和克隆工作难以开展,致使参薯抗病研究进展缓慢。
核苷酸结合亮氨酸富集重复受体(Nucleotide-binding leucine-rich repeat receptors, NLR)和受体样激酶(receptor-like kinase, RLK)作为植物细胞免疫受体,在植物抗病过程中扮演着至关重要的角色。植物与功能基因演化项目组研究人员对参薯基因组中的NLR类抗病基因进行了系统鉴定,共鉴定到了346个NLR基因,包括1个RNL和345个CNL。大多数NLR基因(91%)位于多基因簇中,说明串联或近端重复可能是参薯NLR基因扩张的主要驱动力;通过对4种薯蓣科植物中NLR基因的比较分析,发现NLR基因具有不同的扩张模式;通过不同抗病等级的参薯转录组分析鉴定了12个差异表达的NLR基因。该研究揭示了参薯NLR基因的遗传结构和进化驱动力,对克隆抗炭疽病功能基因具有重要的参考价值。此外,对参薯基因组中的RLK基因进行了系统鉴定,并解析了其在薯蓣科物种分化过程中的演化历史,结合对胶胞炭疽菌侵染和未侵染的参薯抗性品种的比较转录组分析,发现了多个受胶胞炭疽菌诱导的RLK基因。该研究为后续进一步明确参薯抗胶胞炭疽菌的功能基因,以及培育参薯抗性品种提供了参考。
上述研究成果“Deciphering the landscape and evolutionary trajectory of NLR immune receptors in Dioscorea alata”、“Genome-Wide Identification and Evolutionary Analysis of Receptor-like Kinase Family Genes Provides Insights into Anthracnose Resistance of Dioscorea alata”分别发表于植物学期刊《Plant Molecular Biology》与《Plants》,项目组王月助理研究员、逯欣宇助理研究员为论文第一作者,张艳梅副研究员为通讯作者。
以上研究得到国家自然科学基金面上项目(32172089)、青年基金项目(32302330,32401281)、江苏省自然科学基金重点研发项目(BE2022340)及江苏省植物资源研究与利用重点实验室项目(KLB202207)等项目的资助。
论文链接:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39720984/
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38732488/
图1 4种薯蓣科植物NLRs基因的系统发育分析及动态进化模式
图2 参薯中的RLK亚类及数量