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课题组在The Crop Journal期刊发表论文,揭示RPSR1调控玉米对腐霉茎腐病的抗性!

近日,中国农业大学朱旺升课题组在The Crop Journal在线发表了题为“ RPSR1, a major quantitative trait locus for Pythium stalk rot resistance in maize”的研究论文,作者基于玉米美洲地方种Popcorn和优良自交系MS71构建的分离群体,通过QTL定位,在玉米1号染色体上鉴定到一个腐霉茎腐病(Pythium stalk rot, PSR)抗性主效QTL位点RPSR1。通过整合精细定位、候选基因表达分析及候选基因突变体表型分析,最终确定玉米激发子小肽受体ZmPEPR2(Pep receptor 2)为RPSR1的功能基因。


研究者利用对瓜果腐霉抗性弱的自交系MS71和抗性强的地方种Popcorn(POP)杂交衍生的RIL群体,通过构建遗传图谱和QTL分析,在玉米1号染色体上鉴定到一个瓜果腐霉抗性的主效QTL位点RPSR1。通过精细定位将RPSR1缩小至一个472-kb的置信区间内。对候选基因的表达分析和基于VIGS基因沉默后的表型分析表明,Zm00001d032116为RPSR1最可能的功能基因。Zm00001d032116编码一个富含亮氨酸重复的类受体激酶(Leucine-rich repeat receptor-like kinases, LRR-RLK)ZmPEPR2。对亲本ZmPEPR2编码区的序列进行分析发现,在两个亲本之间的外显子处存在3个InDels(LRR结构域的4642-bp、丝氨酸/苏氨酸激酶结构域的8-bp及非关键结构域的57-bp)和多个SNP。对373个玉米自交系中3个InDel的分布和候选基因关联分析,发现4642-bp大片段插入仅在MS71中检测到。表型分析表明,8-bp插入会降低玉米对PSR的抗性,而57-bp缺失几乎不影响玉米对PSR的抗性。最后,通过构建CRISPR/Cas9编辑的ZmPEPR2敲除突变体,对其芽期、苗期及成株期接种瓜果腐霉菌。结果表明,敲除株系增加了对PSR的感病性,最终确定ZmPEPR2为RPSR1的功能基因。研究者还发现,4642-bp的插入为一个LTR类型的转座子(TE)插入,且该TE插入可能发生在离现在很近的时间内,并发现部分玉米自交系ZmPEPR2基因携带转座子插入的识别序列,因此,有必要通过分子辅助选择技术监测转座子插入造成的有害等位基因在现代栽培种中扩张。
中国农业大学植物保护学院博士研究生何胜凤为该文第一作者,朱旺升教授和陈俊斌博士为共同通信作者,瑞士伯尔尼大学王磊博士(现就职崖州湾国家实验室)和中国农业科学院作物所段灿星研究员也参与了相关工作。该研究得到国家自然科学基金青年项目(32302371)、国家重点研发计划项目(2022YFD1201802)和玉米生物育种全国重点实验室(SKLMB2424)的资助。