一个大豆抗疫霉菌基因的克隆与抗性机制研究取得进展

近日，中国农科院植保所/湖南农业大学合作在Plant Physiology在线发表了题为“Soybean ZINC FINGER PROTEIN03 targets two  SUPEROXIDE DISMUTASE1s  and confers resistance to  Phytophthora sojae ”的研究论文。该研究克隆了一个大豆疫霉菌 （ Phytophthora sojae ） 抗性基因 RpsYD29 GmZFP03 ，该基因编码一个锌指蛋白类型的转录因子，通过靶标两个 SOD1 基因的启动子并激活这两个基因表达而表现大豆疫霉菌抗性。

 

由大豆疫霉菌引起的大豆疫霉根腐病是大豆主要病害之一，严重制约大豆生产。克隆并利用大豆疫霉菌抗性基因（Rps）创制和栽培抗病品种是经济、有效防控该病害措施。然而，尽管已经定位了40多个Rps位点，但少有Rps基因克隆的报道。在利用大豆抗病品种豫豆29 （Yudou 29）与感病品种吉科豆2 （Jikedou 2） 的杂交群体将Yudou 29主效Rps抗性位点RpsYD29定位到位于第3条染色体上长约204.8 kb的一段区间 （Zhang et al., Theoretical and Applied Genetics, 2013, 126: 1555-1561 ） 的基础上，该研究设计和利用各类分子标记构建高密度遗传图谱、基因组学分析、基因等位性分析以及遗传互补功能验证，克隆出RpsYD29基因GmZFP03 （Glyma.03g033600），该基因编码一个C2H2型锌指蛋白转录因子。Yudou 29体内的SOD酶活性比Jikedou 2要高，GmZFP03转基因大豆植株体内的SOD酶活性高于遗传转化背景品种Williams 82的酶活性。并且，外源施用SOD后，能显著提高Jikedou 2和Williams 82的大豆疫霉菌抗性。通过筛选发现，SOD基因中的SOD1-3 （Glyma.03g242900）和SOD1-19 （Glyma.19g240400）两个基因在抗性材料Yudou 29和GmZFP03转基因植株中的表达水平均比对应感病材料要高。进一步分析分析表明，GmZFP03可结合SOD1-3和SOD1-19启动子上一个与抗病和胁迫反应相关的基序，并激活这两个基因的表达。由此，该研究成功克隆了锌指蛋白转录因子基因GmZFP03这一新型大豆疫霉菌抗性基因，并开发出了相应的特异性分子标记，揭示了一种GmZFP03通过结合和激活SOD1基因启动子表现其抗性功能的机制，为大豆疫霉菌抗性机理研究和抗病育种提供了重要参考和基因资源。

 

中国农科院植保所刘世名研究员及湖南农业大学戴良英教授和李魏教授为论文共同通讯作者。湖南农业大学李魏教授为论文第一作者，中国农科院植保所博士生赵洁、湖南农业大学研究生郑向、成瑢和钟婵娟及易图永教授、中国农科院作物科学研究所朱振东研究员和未米生物科技徐洁婷博士对该研究作出了重要贡献；威斯康星大学麦迪逊分校和南伊利诺伊大学研究人员也参与了部分工作。该研究获得了国家自然科学基金和中国农科院农业科技创新工程等项目的资助。