端木德強(qiáng)/曹揚(yáng)榮課題組發(fā)現(xiàn)自然變異調(diào)控水稻與菌根真菌互作
近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)微生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室端木德強(qiáng)教授課題組和曹揚(yáng)榮教授課題組在New Phytologist共同發(fā)表題為“Natural variation atOsCERK1regulates arbuscular mycorrhizal symbiosis in rice”的研究論文。該研究揭示了OsCERK1基因的自然變異調(diào)控了水稻與叢枝菌根真菌的共生。
叢枝菌根真菌（AMF）是一類分布極為廣泛的土壤真菌，可以利用植物產(chǎn)生的脂質(zhì)等碳源促進(jìn)自身生長(zhǎng)；作為回饋，幫助植物吸收土壤中的水分和礦物鹽(主要是磷)。另外，AMF可提高植物的抗旱能力，改善植物營(yíng)養(yǎng)條件，提高植物的耐鹽性和抗病性。東鄉(xiāng)野生稻（DY）于1976年在江西省東鄉(xiāng)縣崗上積鎮(zhèn)被發(fā)現(xiàn)，是迄今鑒定的全世界分布最北的野生稻（28°14′N），被認(rèn)為是水稻育種的珍貴種質(zhì)資源，含有許多栽培稻不存在的優(yōu)良基因，有“水稻中的大熊貓”美譽(yù)。
本研究首先發(fā)現(xiàn)DY相比于栽培稻中早35（ZZ35）表現(xiàn)出更強(qiáng)的AMF侵染效率。通過(guò)構(gòu)建染色體片段代換系并通過(guò)圖位克隆的方法，定位并克隆了來(lái)自于DY的OsCERK1基因（OsCERK1DY），通過(guò)在中花11(ZH11)水稻中轉(zhuǎn)基因及表型分析證實(shí)該基因調(diào)控了水稻與AMF的共生效率。與OsCERK1ZH11相比，OsCERK1DY發(fā)生了I118T，S121T以及T284M的變異。OsCERK1DY的單倍體型在4660份栽培稻品種中均不存在。OsCERK1基因座顯示出粳稻，秈稻和aus稻種群之間高度特異性分化的分布模式，表明OsCERK1可能在水稻育種史上存在人工選擇。
研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)OsCERK1DY比OsCERK1ZH11或OsCERK1ZZ35具有更強(qiáng)的免疫應(yīng)答，能夠顯著提高轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)稻瘟病的抗性。因此，OsCERK1DY在根部促進(jìn)水稻與AMF的共生，有效提高水稻吸收磷的效率及水稻的單株產(chǎn)量，而在植物葉片中介導(dǎo)更強(qiáng)的免疫反應(yīng)，提高水稻對(duì)稻瘟病的抗性。表明野生稻來(lái)源的OsCERK1DY在“綠色超級(jí)稻”培育中具有較好的應(yīng)用前景。
本研究由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)端木德強(qiáng)課題組與曹揚(yáng)榮課題組合作完成，合作單位江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所完成了水稻基因定位群體的構(gòu)建工作，在職博士研究生黃仁良為論文第一作者，端木德強(qiáng)教授和曹揚(yáng)榮教授為該論文的共同通訊作者。本研究同時(shí)得到江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院沈顯華研究員、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院張忠明教授、林擁軍教授、植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院李國(guó)田教授的悉心指導(dǎo)。相關(guān)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金及華中農(nóng)業(yè)大學(xué)校自主科技創(chuàng)新基金的資助。
論文鏈接: https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.16158
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