【煙草花葉病毒無症狀感染植株如何出現】近日,華中農業大學教授匡漢暉團隊在《植物生理學》在線發表了最新研究論文http://t.cn/A6Mu46RM ,揭示了宿主抵禦煙草花葉病毒(TMV)產生無症狀表型的遺傳和分子機制,為重要經濟作物的煙草花葉病毒抗性育種提供了理論基礎。

一種或一類病原物僅能侵染或感染部分個體,絕大多數其它個體並不受該病原物感染。在能夠被某類病原物侵染的個體中,因個體差異等原因,不同的個體在受病原侵染後會產生不同的症狀。

侵染某一寄主的不同微生物可以對寄主有益、有害、或無明顯作用。另一方面,同一病原菌對不同的寄主基因型的影響也有差異。這一現象在植物界中也廣汎存在,但人們對此知之甚少。比如,不同的煙草基因型在煙草花葉病毒侵染後會產生抗病反應(超敏反應)、感病或無症狀等多種表型。其中,引起煙草抗病和感病反應的相關基因大多被克隆,其分子作用機理也得到大量解析。但煙草植株受煙草花葉病毒侵染後產生無症狀表型的現象自二十年前首次被報道以來,其遺傳機理和分子機制尚不清楚。

該研究發現,煙草品種TI203受煙草花葉病毒侵染後表現為無症狀表型。該無症狀表型是因為寄主中積累的煙草花葉病毒量較少。遺傳分析發現,該無症狀表型由2個隱性基因共同控制。通過構建抗感混合池、結合RNA-seq測序(BSR RNA-seq)和比較基因組學的方法,課題組從具有複雜基因組的四倍體煙草中圖位克隆了決定無症狀表型的兩個基因,NtsTOM2A和NttTOM2A。

研究發現,這兩個基因分別位於煙草基因組的2組亞染色體上,並與擬南芥中報道的TOM2A基因同源,編碼四跨膜蛋白,定位於液泡膜上。這兩個基因由於產生了移碼突變,都失去了原有的功能,不能與煙草花葉病毒複製所必須的膜蛋白TOM1互作,最終影響了煙草花葉病毒在煙草中的複製能力,導致宿主無症狀表型的產生。

通過對植物界52個物種分析發現,該基因在綠藻、苔蘚、蕨類以及所有的高等植株中都存在,包括煙草花葉病毒的宿主和非宿主。但在更古老的物種(如紅藻和灰藻等)以及植物界外不存在。除來自綠藻的TOM2A外,其它物種中的TOM2A同源體均具有支持煙草花葉病毒複製的能力。

最後,課題組利用CRISPR/Cas9技術分別在煙草和番茄中敲除該基因,所得突變體植株在T0代和T6代均獲得了明顯的抗TMV和ToMV(Tomato Mosaic Virus)能力,表明與常規的顯性抗病基因(大多數為NBS-LRR類抗病基因)不同,tom2a介導的病毒抗性比較穩定和持久。

值得注意的是,課題組還發現,番茄中的TOM2A CRISPR/Cas9突變體具有輕微的莖稈發育缺陷表型,表明TOM2A在維持植物正常生長發育過程中具有重要的生物學功能。

綜上所述,該研究揭示了宿主中兩個保守基因的自發功能丟失突變賦予了煙草無症狀表型。該基因的敲除可培育持久抗煙草花葉病毒的茄科作物,為制定新的作物病害防控策略提供了理論基礎。http://t.cn/A6Mu46RJ

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