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华中农大发现自然变异调控水稻与菌根真菌互作
发布时间:2019-09-06

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近日,我校农业微生物学国家重点实验室端木德强课题组和曹扬荣课题组在New Phytologist共同发表《Natural variation at OsCERK1 regulates arbuscular mycorrhizal symbiosis in rice》的研究论文。该研究揭示了OsCERK1基因的自然变异对水稻与丛枝菌根真菌的共生的调控作用。

丛枝菌根真菌(AMF)是一类分布极为广泛的土壤真菌,它可以利用植物产生的脂质等碳源促进自身生长;作为回馈,它也会帮助植物吸收土壤中的水分和矿物盐(主要是磷)。除此之外,AMF可提高植物的抗旱能力,改善植物营养条件,提高植物的耐盐性和抗病性。1976年东乡野生稻(DY)在江西省东乡县岗上积镇被发现,是迄今为止全世界分布最北的野生稻(28°14´N),含有许多栽培稻不存在的优良基因,有“水稻中的大熊猫”美誉。

本研究首先发现DY相比于栽培稻中早35(ZZ35)能更快被AMF侵染。通过构建染色体片段代换系和图位克隆的方法,课题组定位并克隆了来自于DY的OsCERK1基因(OsCERK1DY)并通过分析中花11(ZH11)水稻中转基因及表型证实该基因调控了水稻与AMF的共生效率。与OsCERK1ZH11相比, OsCERK1DY发生了I118T、S121T以及T284M的变异。OsCERK1DY的单倍体型在4660份栽培稻品种中均不存在,OsCERK1基因座显示出粳稻、籼稻和aus稻种群之间高度特异性分化的分布模式。以上种种表明OsCERK1可能在水稻育种史上存在人工选择的情况。

研究同时发现OsCERK1DY比OsCERK1ZH11或OsCERK1ZZ35具有更强的免疫应答能力,它能够显著提高转基因水稻对稻瘟病的抗性。OsCERK1DY有利于水稻与AMF的共生,有效提高了水稻吸收磷的效率及单株产量。在植物叶片中OsCERK1DY能够介导更强的免疫反应,提高水稻对稻瘟病的抗性。这表明野生稻来源的OsCERK1DY在“绿色超级稻”培育中具有较好的应用前景。

本研究由我校端木德强课题组与曹扬荣课题组合作完成,合作单位江西省农业科学院水稻研究所完成了水稻基因定位群体的构建工作,在职博士研究生黄仁良为论文第一作者,教授端木德强和曹扬荣为该论文的共同通讯作者。本研究同时得到江西省农业科学院研究员沈显华、我校生命科学技术学院教授张忠明、林拥军及植物科学技术学院教授李国田的悉心指导。相关工作得到国家自然科学基金及我校自主科技创新基金的资助。

论文链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.16158

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