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小麦叶枯病原菌无毒基因引发了寄主呈现数量遗传的抗性

已有 1491 次阅读 2018-5-11 09:44 |系统分类:论文交流| 小麦, 锈菌, rust, wheat

作者:麦夕

       今天小编接上回书继续说-小麦叶枯病原菌在致病力上呈现数量遗传性状,最近发表在New Phytologist上题为“A fungal avirulence factor encoded in a highly plastic genomic region triggers partial resistance to septoria tritici blotch”(在小麦叶枯病原菌基因组可塑区 域中编码的无毒基因触发了寄主对其产生的部分抗性)文章的作者之一Bruce A. McDonald,在病原菌群体遗传学研究领域是大名鼎鼎的人物。

         前文介绍说,作者利用3D1×3D7群体通过QTL分析在7号染色体上定位了一个主效QTL,与病原菌的致病力有关。作者利用新的连锁图和菌株3D7完整的基因组将该QTL区间缩小到75Kb,该区间内首先鉴定出4个可能编码外泌蛋白的候选基因。

1)根据转录组数据发现Zt09_7_00581 QTL7_5是高表达的,因此首先认定这两个作为最优候选基因做下一步验证,如下图一。

图一



2)通过基因敲除策略验证候选基因真伪。将候选基因QTL7_5敲除后(分别为3D7∆qtl7_5和3D1∆qtl7_5)发现其在双亲中的致病力都没有变化(见图二);相反,Zt09_7_00581在菌株3D1中被敲除后表型发生了明显的变化(3D1∆avr3D1),而在菌株3D7中被敲除表型几乎与野生型无异(3D7∆avr3D1),因此判断Zt09_7_00581是真正的候选基因(见图三)。Zt09_7_00581影响菌株3D1的致病力但不影响菌株3D7,而且该基因缺失后不会影响菌株自身的生长,因此作者认为将该基因属无毒基因,命名为Avr3D1。虽然Avr3D1能够被寄主识别,但是3D1菌株一反我们所熟知的常态(正常情况下如果病菌的无毒基因被寄主的R基因识别,会产生较为极端的过敏性坏死反应,导致病菌无法再次侵染寄主),依然能够在寄主上成功侵染且产生部分孢子,因此作者认为Avr3D1引发了一种数量性状控制的抗病反应。

图二

图三 



3)探讨无毒基因Avr3D1对应的抗病基因。作者将3D1野生型菌株和Avr3D1缺失的菌株3D1∆avr3D1分别接种到16个小麦品种中,以用来评估Avr3D13D1能否介导专化抗性。如下图四,其中三个品种Estanzuela Federal, Kavkaz-K4500 L.6.A.4 and TE-9111能够引起对Avr3D13D1的专化抗性,其中这三个材料不仅都含有抗病基因Stb7,还可能携带Stb12,由此作者推想Stb7Stb12编码的蛋白都可能是识别Avr3D13D1的候选蛋白。

图四

4)无毒基因(效应子)Avr3D1存在于基因组中一个高度变异的区域。作者首先通过比较不同的菌株(IPO323、3D7、3D1、1E4 和1A5 )在该QTL区域的序列发现,该效应子存在于一个布满转座子插入(TE)的区域里。见下图五。

图五

紧接着又在128个菌株中评估了原四个候选基因(Avr3D1、QTL7_5、SSP_3和SSP_4)的单倍型。通过这些菌株中是否含有这四个候选基因的多样性发现,该区域在基因组中具有动态变化的特性。见图六。

图六



5)基因内部哪些碱基的变化能够引起Avr3D1 规避识别。作者首先对Avr3D1基因进行了进化树分析(图七a),然后又分析了基因的内部结构及上下游500bp范围的序列,发现某些区域是高度保守的,而某些区域又是变异极为明显的,且这是这些变异区域引起了Avr3D1丰富的多样性,从而成功规避寄主R基因的识别,正所谓“道高一尺魔高一丈”!



       好了,这篇文章就简单说到这里,其实后续还有很多有意思的工作开展,比如从蛋白质水平上就可以继续研究,也可以从互作的角度继续探讨。文章虽然做病菌,但是对于我们小麦来讲也有启发,尤其是基因的进化和单倍型多态性研究上。


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