華中農(nóng)業(yè)大學(xué)賴志兵團(tuán)隊(duì)在《New Phytologist》期刊上發(fā)表重大研究成果，成功克隆了玉米抗灰斑病基因 ZmWAK02，為玉米育種帶來新突破。

      2023 年 12 月 7 日，賴志兵團(tuán)隊(duì)在《New Phytologist》上發(fā)表研究，宣布克隆出玉米抗灰斑病的關(guān)鍵基因 ZmWAK02。這項(xiàng)研究不僅克隆了該基因，還通過轉(zhuǎn)基因驗(yàn)證了其功能，對玉米抗灰斑病育種具有重大應(yīng)用價(jià)值。

      玉米灰斑病（GLS）是由 Cercospora zeina 或 C. zeae-maydis 引起的全球性病害，對玉米產(chǎn)量和質(zhì)量構(gòu)成嚴(yán)重威脅。盡管已鑒定出 100 多個(gè)抗灰斑病的 QTL，但成功克隆的基因寥寥無幾。賴志兵團(tuán)隊(duì)鑒定出一個(gè)主效 QTL，qRglsSB，能解釋 58.42% 的表型變異，并通過精細(xì)定位將區(qū)域縮小至 928 kb。研究證實(shí)，編碼RD細(xì)胞壁相關(guān)激酶的ZmWAK02基因是 qRglsSB 的抗性基因。轉(zhuǎn)基因株系和互補(bǔ)株系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ZmWAK02基因的滲入雜交系在 GLS 侵染下能顯著提高產(chǎn)量，且不影響非侵染條件下的產(chǎn)量。

      這項(xiàng)研究不僅克隆了一個(gè)具有抗 GLS 效應(yīng)的基因 ZmWAK02，還證實(shí)了其在玉米育種中的巨大價(jià)值。ZmWAK02 基因的發(fā)現(xiàn)，為提高玉米對灰斑病的抗性提供了新的分子工具，有望在玉米育種中得到廣泛應(yīng)用。

      研究背景指出，玉米作為全球重要作物，易受病害影響，導(dǎo)致產(chǎn)量和質(zhì)量下降?？刂撇『Φ淖罴逊椒ㄊ欠N植抗病玉米雜交種，而克隆抗性基因是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。盡管對玉米抗病性的研究已有不少進(jìn)展，但與水稻和小麥等作物相比，克隆的玉米抗性基因數(shù)量有限。

      灰斑病（GLS）是全球主要的玉米病害之一，產(chǎn)量損失可達(dá) 11% 至 69%。自 1925 年首次報(bào)道以來，GLS 已蔓延至多數(shù)玉米種植區(qū)，成為限制玉米產(chǎn)量的重要病害。遺傳分析顯示，GLS 抗性是數(shù)量性狀，具有加性遺傳。目前，已報(bào)道 100 多個(gè)針對 GLS 的抗性QTL，但克隆的基因較少。

      植物先天免疫包括模式觸發(fā)免疫（PTI）和效應(yīng)觸發(fā)免疫（ETI）。WAK 蛋白作為 PTI 的一部分，有助于基礎(chǔ)抗性。研究表明，WAK 蛋白在 ETI 中也發(fā)揮作用。WAK 蛋白根據(jù)激酶結(jié)構(gòu)域中精氨酸（R）殘基的存在與否，分為 RD WAK 和非 RD WAK 兩個(gè)亞組。RD WAK 通常與生長發(fā)育有關(guān)，非 RD WAK 則在抗病性方面發(fā)揮作用。

      本研究鑒定了 GLS 的主要抗性 QTL：qRglsSB，并克隆了該 QTL。qRglsSB 位于 bin 1.06 中，包含 12 個(gè)候選基因，其中編碼 WAK 的三個(gè)基因（ZmWAK02、ZmWAK03 和ZmWAK04）被選為最佳候選基因。轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)結(jié)果表明，只有含有ZmWAK02的轉(zhuǎn)基因植物表現(xiàn)出對 GLS 的抗性表型。

      ZmWAK02 編碼 RD WAK，與作物中大多數(shù)編碼非 RD WAK 的抗性 WAK 基因不同。研究還發(fā)現(xiàn)，ZmWAK02 基因的滲入雜交系能在 GLS 侵染下顯著提高產(chǎn)量，且不影響非侵染條件下的產(chǎn)量。

      綜上所述，本研究克隆了一個(gè)具有抗 GLS 效應(yīng)的基因ZmWAK02，并證實(shí)了其在玉米育種中的巨大價(jià)值。這一發(fā)現(xiàn)為提高玉米對灰斑病的抗性提供了新的分子工具，有望在玉米育種中得到廣泛應(yīng)用。

      原文鏈接：https://doi.org/10.1111/nph.19465