Cell：我国科学家揭示芸薹属作物抵抗根肿病的新机制

在一项新的研究中，中国科学院遗传与发育生物研究所的陈宇航（Chen Yuhang）研究员和周俭民（Zhou Jianmin）研究员领导的一个研究团队展示了植物如何抵抗根肿病（clubroot），即一种威胁油菜等芸薹属作物生产力的主要根部疾病。他们发现了植物免疫的新机制，并有望为作物育种提供一条新途径。相关研究结果发表在2023年6月8日的Cell期刊上，论文标题为“WeiTsing, a pericycle-expressed ion channel, safeguards the stele to confer clubroot resistance”。

根肿病是一种土壤传播的疾病，是一种对芸苔属作物最具破坏性的疾病。在中国，每年大约有320～400万公顷的农田受到根肿病的影响，导致20%～30%的产量损失。根肿病的病原体芸薹根肿菌 (Plasmodiophora brassicae, Pb)的静止孢子在土壤中可存活20年之久，使得被污染的土壤不适合种植十字花科作物。

迄今为止，仅克隆了两个根肿病抗性基因，并且由于新进化的毒性Pb分离株，这两个基因的根肿病抵抗性已经被破坏。

在这项新的研究中，这些作者新发现的抗性基因WTS对所有测试的Pb分离株都有抵抗性，包括对现有抗性油菜品种有毒性的Pb分离株。因此，WTS是一个广谱抗性基因，为培育农作物的根肿病抗性提供了巨大的潜力。

图片来自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.05.023。

WTS在没有病原体的情况下不表达。然而，当Pb感染时，WTS仅在柱鞘（pericycle）中被强烈诱导，其中柱鞘是围绕维管柱（stele）的一个关键的根细胞层。维管柱是根的圆柱形中央维管部分，包含关键组织，包括木质部和韧皮部，对营养物和水的运输至关重要。

在易受影响的植物中，Pb侵入并定植于维管柱，阻碍了营养物和水的运输。WTS在柱鞘中的表达可以激活植物的防御系统，防止Pb在维管柱上定植。因此，WTS确定了一种防御机制，在正确的地点和正确的时间被专门激活，以确保植物的正常生长和发育。

此外，WTS编码了一种新的蛋白。通过低温电镜的结构分析发现，WTS自我组装成一种以前未知的具有中心孔的五聚体结构。

进一步的研究还发现WTS蛋白复合物的功能是作为一种定位于内质网的钙释放通道，增加细胞膜钙离子，而钙离子是激活植物防御系统的一种关键的二级信使分子。

这些作者发现的这种有趣的抗病机制代表了植物对土壤传播病原体免疫的一种新模式。克隆的WTS基因为培育抵抗一种难以控制的毁灭性疾病的芸苔作物提供了新的希望。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Wei Wang et al. WeiTsing, a pericycle-expressed ion channel, safeguards the stele to confer clubroot resistance. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.05.023.

2. Scientists discover how plants fight major root disease
https://phys.org/news/2023-06-scientists-major-root-disease.html