近日，河南农业大学陈锋教授团队在植物学权威期刊《Plant Biotechnology Journal》（IF=8.154）上在线发表了题为“A loss-of-function of the dirigent gene TaDIR-B1 improves resistance to Fusarium crown rot in wheat”的研究性文章。该研究发现了一个小麦茎基腐病相关基因TaDIR-B1，可能通过改变植株木质素含量调控小麦茎基腐病的抗性。
小麦茎基腐病（Fusarium crown rot， FCR）是由多种镰孢菌（Fusarium spp.）引起的一种典型土传病害，该病广泛分布于全球各地，并呈不断蔓延和加重趋势。在中国，小麦茎基腐病主要有假禾谷镰刀菌（Fusarium pseudograminearum）引起。茎基腐病的发生不但给小麦造成严重的产量和经济损失，在病害发展过程中还会产生DON、NIV、ZEN等毒素和次级代谢物，对食品和饲料产品也具有严重的负面影响。茎基腐病是近年来包括我国在内世界上多个小麦生产国最重要的病害之一，其病害发生态势严峻，侵染范围广，危害程度大，已经引起全世界小麦研究者的重点关注。然而，目前针对小麦茎基腐病的研究主要集中在病原菌的收集、不同小麦品种的抗性鉴定以及抗病基因的初步定位。小麦茎基腐病抗病基因的发掘和利用及抗病基因参与的调控途径等研究还处在起步阶段。该研究通过一套偃展1号导入系群体的抗病性鉴定，筛选出一批抗性相对稳定的优良品系，并利用小麦660K SNP芯片对导入系群体进行了全基因组关联分析，通过单倍型分析和一个双亲分离DH群体的QTL定位将候选基因定位到4B染色体上一个0.53Mb区段内，通过基因注释功能分析、双亲群体的多态性分析等一系列分析，初步确定TraesCS4B02G385500（该基因编码一种dirigent蛋白，将其命名为TaDIR-B1）为可能性最大的候选基因。测序结果表明，TaDIR-B1基因在小麦抗性亲本及抗性单倍型材料中第15个碱基处产生一个G到A的突变，形成一个终止密码子，造成氨基酸翻译提前终止，感病材料中能够正常翻译，初步推测该基因在小麦茎基腐病调控过程起负调控作用。为进一步探究TaDIR-B1功能，该研究通过VIGS（病毒诱导基因沉默）技术对高度感病材料平原50（DI=70.45）中的TaDIR-B1基因进行沉默，沉默后植株小麦茎基腐病抗性能力显著增强（DI=54.8），同时沉默植株中的木质素含量和抗氧化酶活性显著上升。进一步筛选TaDIR-B1基因的四倍体小麦突变体，发现TaDIR-B1基因终止突变体植株小麦茎基腐病抗性（DI=37.56）比野生型Kronos（DI=61.62）显著增强，其木质素含量和氧化酶活性显著增强。为进一步验证其在六倍体小麦中的功能，该研究还利用AK58突变体库对TaDIR-B1基因进行了突变体筛选，在862份EMS突变体材料中找到了5份TaDIR-B1基因提前终止突变体系，表型鉴定结果表明，这5份突变体的茎基腐病抗性（DI=34.26）与野生型AK58（DI=60.36）相比同样显著提高，测定其木质素含量和氧化酶活性发现均显著高于野生型。总之，该研究利用GWAS和QTL定位分析首次发现了小麦茎基腐病相关基因TaDIR-B1，并通过VIGS沉默技术，四倍体和六倍体小麦突变体库对该基因进行了初步功能验证，发现该基因的功能缺失能显著增强小麦茎基腐病的抗病能力，且可能通过调节植株中木质素含量来调控植株抗病能力，为小麦茎基腐病的抗性育种提供重要理论基础。河南农业大学博士生阳霞为该论文第一作者，河南农业大学陈锋教授为通讯作者，美国北达科他州立大学Zhong Shaobin教授和Zhang Qijun老师作为合作者参与了本项研究工作。该研究受到国家重点研发计划“政府间国际科技合作”重点专项、国家自然科学基金国际合作项目和河南省重大科技专项的资助。《Plant Biotechnology Journal》为中科院生物科学和植物科学领域1区杂志，2019年影响因子为8.154，在农艺与作物学科中排名第一。
Figure 1 The TaDIR gene was identified by GWASand QTL mapping of Fusarium crown rot (FCR) resistance and was functionally verified by VIGS and analysis of tetraploid and hexaploid wheat mutants.
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13554
