Nature Genetics 突破！山东农大储昭辉课题组首次克隆到玉米纹枯病抗病基因，并解析了其作...

2019年9月30日， Nature Genetics 杂志在线发表了山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室储昭辉课题组题为Natural variation in ZmFBL41 confers banded leaf and sheath blight resistance in maize 的研究论文。该研究首次克隆了一个玉米纹枯病数量性状抗病基因ZmFBL41，并揭示了该基因通过自然变异避免病原菌对木质素合成的抑制从而引起抗纹枯病的机制。

坏死营养型真菌立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）能侵染超过百种植物，导致水稻、玉米、大豆纹枯病和马铃薯黑痣病等作物病害。受高温高湿性气候和密植、秸秆还田等主推生产技术的影响，这些土传性、积年流行病害的发病面积和危害程度逐年加重，成为当前作物生产上的主要流行病害。抗病品种是生产上控制植物病害的首选策略，然而，针对立枯丝核菌属真菌，作物生产上缺乏高抗的种质资源，仅鉴定少量微效数量抗病基因位点，急需鉴定更多数量性状抗性基因进行聚合育种。

该研究利用华中农业大学严建兵教授课题组的380份重测序玉米自交系自然群体，以接种纹枯病菌5天后的病斑长度为遗传表型，获得318份自交系的有效表型数据，通过全基因组关联分析鉴定了28个显著SNP位点，并对其中最显著SNP位点的基因ZmFBL41开展了功能分析研究。

ZmFBL41基因编码一个F-box类型蛋白，其编码区的突变与抗病功能相关。研究发现，该基因的玉米Mu 突变体（Mu转座子介导的插入突变）抗病性增强，而水稻中超量表达感病等位基因则会增强对纹枯病的感病性，证明ZmFBL41负调控植物免疫。蛋白互作研究发现，感病基因编码蛋白ZmFBL41^B73的LRR结构域与玉米木质素合成酶ZmCAD（cinnamyl alcohol dehydrogenase）互作并介导其泛素化降解；而抗病基因编码蛋白LRR区两个氨基酸替换突变后，则不能与ZmCAD发生互作。与ZmFBL41功能相反，ZmCAD正调控植物免疫，ZmCAD的Mu突变体和水稻同源基因OsCAD8B 的基因编辑敲除突变体均比野生型更感纹枯病。该研究还发现，在接种纹枯病菌24-48小时后，玉米抗病自交系群体的木质素含量显著高于感病自交系群体。

综合以上结果，该研究揭示了玉米抗纹枯病的新机制，即ZmFBL41通过LRR结构域的自然变异避免了CAD被降解，促进木质素合成，提高抗病性。据了解，ZmFBL41是利用正向遗传学克隆的植物抗立枯丝核菌菌属病害的首个基因，相关研究结果对更多作物的抗纹枯病遗传改良具有重要意义。

据悉，山东农业大学农学院储昭辉教授为该论文的通讯作者，李宁副教授为该论文的第一作者。华中农业大学的严建兵教授和王虹博士、山东农业大学植物保护学院丁新华教授、农学院李晓明博士、研究生蔺宝和杨芳芳等也参与了部分工作。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省重点研发计划和山东省现代农业产业技术体系等项目的资助。

论文原文链接：

https://www./articles/s41588-019-0503-y