科研人员揭示玉米抗茎腐病的分子调控网络

中国农业科学院作物科学研究所作物种质资源抗逆和品质性状评价团队与河南省农科院粮作所、北京科技大学合作研究，通过单细胞测序绘制了玉米根尖高分辨率细胞图谱，阐明了玉米根尖主要细胞类型对镰孢菌侵染根系的应答机制和关键基因调控模块，构建了玉米根尖免疫调控网络，为解析玉米抗病分子机制及抗病育种奠定了基础。相关研究成果在线发表于《植物生物技术（Plant Biotechnology Journal）》上。

玉米是我国第一大粮食作物，茎腐病是我国玉米生产上最重要的病害之一。拟轮枝镰孢（Fusarium verticillioides, Fv）是茎腐病的重要致病菌，也是玉米穗腐病的主要致病因子。然而，有关Fv与玉米植株之间的互作以及玉米抵御Fv入侵的分子机制和免疫调控网络均不明确，制约着玉米对镰孢茎腐病抗性在育种和生产上的应用。

研究人员利用Fv侵染抗、感茎腐病的玉米自交系根尖，通过对原生质体进行单细胞测序，共鉴定出玉米根部7个主要细胞类型。对抗、感材料不同细胞类型中Fv侵染响应基因分析，发现玉米根尖主要细胞类型通过多种抗病信号途径应对Fv入侵并鉴定了12个Fv响应关键调控模块。对根尖顶端分生组织中差异表达的ZmWOX5b和ZmPIN1a基因在抗病分子信号途径中的功能研究发现，该基因通过调节吲哚乙酸生物合成，在根尖中形成吲哚乙酸浓度梯度，促进玉米根系伸长来保护根尖顶端分生组织免受Fv侵染。结合整合生物信息学及机器学习等方法构建了6个玉米根尖细胞类型特异性的免疫调控网络。总之，该研究不仅提供了玉米根系发育过程中细胞命运决定的全局视角，还从单细胞水平上深入解析了玉米根尖主要细胞类型的免疫调控网络，从而为阐明玉米抗病分子机制和抗病育种奠定了基础。

玉米根尖细胞类型特异性的免疫调控网络

河南省农科院粮作所曹言勇副研究员和马娟博士为该论文共同第一作者，作科所段灿星研究员、北京科技大学万向元教授和龙艳教授为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划和中国农业科学院科技创新工程项目的资助。