J Adv Res：花生种子抗黄曲霉毒素候选基因AhAftr1的鉴定与应用

来源：生物谷原创 2024-08-29 10:39

该研究为黄曲霉毒素产生的抗性机制提供新的见解，并为进一步的育种计划奠定有意义的基础。

黄曲霉毒素是一组由曲霉真菌分泌的次生代谢产物，对人和动物具有致癌性、肝毒性、致畸性和免疫抑制作用。栽培花生(arachhis hypogaea L.)是植物油和蛋白质的重要来源，但花生是黄曲霉和寄生曲霉的主要寄主之一。

为了防止花生中的黄曲霉毒素污染，人们采用了多种管理策略，包括利用无氧曲霉菌株进行生物防治和利用有机或无机酸进行化学防治，然而，这些控制方法会增加花生的生产成本，效果有限。抗黄曲霉毒素品种的选育和应用被认为是控制花生黄曲霉毒素污染风险最有效和最经济的策略。

由于缺乏对花生黄曲霉毒素抗性遗传机制的认识，花生黄曲霉毒素抗性育种进展缓慢。基于黄曲霉毒素抗性遗传机制和性状定位的诊断标记的开发和应用，有利于利用标记辅助选择快速、准确地将抗性位点转移到优良品种。花生对黄曲霉毒素污染的抗性可分为对黄曲霉感染的抗性和对黄曲霉毒素产生的抗性。多项研究表明黄曲霉毒素的产生与黄曲霉在果仁中的生长没有直接的相关性。

利用双亲本遗传群体对花生黄曲霉侵染抗性进行了数量性状位点定位。先前，通过包含179个SSR位点的完整遗传图谱，鉴定出6个黄曲霉感染抗性qtl。近年来，利用来自不同抗性亲本系的RIL群体，通过遗传连锁分析，在3个研究事件中报道了黄曲霉侵染抗性的主要qtl: A03、A04、A08、A10和B10。

在中华10号与ICG12625杂交的RIL群体中，鉴定出两个主要qtl qAFB1A07和qAFB1B06.1在多个环境中具有稳定的效应。通过全基因组关联研究(GWAS)发现了几个与黄曲霉毒素抗性相关的SNP/InDel标记。然而，花生黄曲霉毒素抗性的基因座并没有在一个相对较小的基因组区间内被划分出来，这限制了密切相关标记的开发和相关抗性机制的阐明。

花生种子被黄芽孢杆菌等病原菌感染后，可激活免疫系统，诱导对病原菌的防御反应。植物免疫系统主要通过两种途径激活，即模式触发免疫(PTI)和效应触发免疫(ETI)。PTI是由植物细胞表面的模式识别受体(PPRs)在被病原体(如真菌中的几丁质)的病原体相关分子模式(PAMPs)激活后触发的。同时，ETI被病原体效应蛋白激活，主要通过细胞内定位的受体，称为核苷酸结合(NB)和富亮氨酸重复受体(lrr)。研究表明，花生对黄曲霉毒素的抗性与植物防御反应通路中的多个基因有关。

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.jare.2023.09.014

近日，来自中国农业科学院的研究者们在J Adv Res杂志上发表了题为“Identification and application of a candidate gene AhAftr1 for aflatoxin production resistance in peanut seed (Arachis hypogaea L.)”的文章，该研究为黄曲霉毒素产生的抗性机制提供新的见解，并为进一步的育种计划奠定有意义的基础。

花生易受黄曲霉毒素污染，因此培育抗黄曲霉毒素品种具有重要意义。鉴定具有黄曲霉毒素抗性的功能基因或位点和分子诊断标记对花生育种具有重要意义。本研究目的:(1)鉴定黄曲霉毒素产生抗性的候选基因;(2)揭示黄曲霉毒素产生抗性的相关机制;(3)建立黄曲霉毒素产生抗性的诊断标记。

研究者以高产品种花生与抗黄曲霉毒素基因型中华6杂交的重组自交系(RIL)群体为材料，连续3年对人工接种黄曲霉毒素抗性进行评价。采用遗传连锁分析和QTL-seq方法进行QTL定位。候选基因进一步通过二级分离定位群体进行精细定位，并通过转基因实验进行验证。利用耐药和易感ril的RNA-Seq分析揭示候选基因的耐药途径。

预测的AHAFTR1蛋白三维结构

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.jare.2023.09.014

研究结果表明：QTL qAFTRA07.1对黄曲霉毒素产生抗性的主要影响定位在1.98 Mbp区间。AhAftr1基因(arachhis hypogaea黄曲霉毒素抗性1)在其产生的富亮氨酸重复序列(LRR)结构域检测到结构变异(SV)，并通过效应触发免疫(ETI)途径参与抗病反应。

过表达AhAftr1(ZH6)的转基因植株比过表达AhAftr1(XH13)的转基因植株黄曲霉毒素减少57.3%。一种分子诊断标记物AFTR.Del.A07是基于SV开发的，利用AFTR.Del.A07，从花生种质资源和选育品系中筛选出36份黄曲霉毒素含量比敏感对照中华12 (ZH12)降低77.67%以上的品系。