本网讯（通讯员 姬紫涵）我校陈锋教授团队联合北京大学邓兴旺院士团队在PNAS上发表了题为“TaHSP18.6 and TaSRT1 interact to confer resistance to Fusarium crown rot by regulating auxin content in common wheat”的研究论文。该研究在小麦中通过GWAS等克隆到一个正向调控小麦FCR抗性的关键基因TaHSP18.6, 并解析了TaSRT1-TaHSP18.6K171-TaIAAI模块通过介导生长素含量调控小麦FCR抗性的分子机制。
为了挖掘新的小麦FCR调控基因，本研究对中抗小麦FCR的品种豫农268进行接菌不同时间点的转录组测序，联合GWAS分析、组织特异性表达和VIGS实验初步证实TaHSP18.6是一个潜在的FCR正向调控基因（图1A-H）。序列分析表明，TaHSP18.6具有四种单倍型，含有TaHSP18.6-Hap4的品种对 FCR 表型出高抗（图1I）。进一步功能验证表明，TaHSP18.6-EMS突变体苗期和成株期 FCR抗性均减弱，而过表达转基因小麦FCR抗性增强，表明TaHSP18.6正向调控小麦FCR抗性。
图1 TaHSP18.6的克隆
为了阐明TaHSP18.6调控小麦FCR的机制，以TaHSP18.6蛋白为诱饵，通过酵母双杂交筛选小麦cDNA文库，确定了一个组蛋白去乙酰化酶TaSRT1。多种技术证实TaHSP18.6和TaSRT1存在互作（图2A-C）。Cell-free、小麦体内、烟草水平及CHIP实验表明，TaSRT1通过直接去乙酰化TaHSP18.6和组蛋白去乙酰化（H3K23ac）两种途径降低TaHSP18.6的蛋白积累（图2D-K）。转基因小麦IP-MS结果表明，TaHSP18.6存在4个乙酰化修饰位点（K108、K110、K168 和 K171）。自然变异中，TaHSP18.6抗感倍型间存在（K171/M171）的替换，体内外实验证实，抗性倍型TaHSP18.6K171比感病TaHSP18.6M171具有更强的乙酰化修饰和更高的蛋白丰度。三点突去乙酰化模拟（TaHSP18.6K108R/K110R/K168R）、体内外去乙酰化实验、质谱测序、Cell-free和烟草水平实验证实，K171是TaSRT1直接去酰化的关键位点，且相较于TaHSP18.6M171，TaSRT1 能更有效地降低TaHSP18.6K171的蛋白积累（图2L-Q）。以上研究表明，TaSRT1对抗感倍型TaHSP18.6K171和TaHSP18.6M171存在差异乙酰化调控，这可能是导致2种倍型存在FCR抗性差异的原因。功能验证实验表明，TaSRT1-EMS突变体苗期和成株期 FCR抗性均增强，而过表达转基因小麦FCR抗性减弱，表明TaSRT1负向调控小麦FCR抗性。
图2 TaSRT1通过去乙酰化TaHSP18.6K171降低其蛋白积累
为了找到TaHSP18.6调控小麦FCR的原因，重新分析筛库结果，发现了一个生长素信号传导基因TaAux/TaIAA1。进一步结合蛋白互作、转录组测序、KEGG分析、qRT-PCR、VIGS 实验证实TaIAA1负向调控小麦 FCR 抗性，且沉默TaIAA1后小麦IAA含量增强。TaHSP18.6和TaSRT1突变体和过表达株系中的生长素含量均呈现显著变化。外源生长素灌根实验表明生长素显著增强了Fielder、TaHSP18.6-EMS突变体和 BMSV-TaHSP18.6中的小麦 FCR抗性。最后，作者提出了一条由TaSRT1-TaHSP18.6-TaIAA1 构成的级联反应通路，该通路通过调节内源性生长素含量来调控小麦对FCR的抗性（图3）。本研究克隆出一个有价值的 FCR抗性基因TaHSP18.6，并解析了其抗感倍型通过差异乙酰化调控小麦FCR的分子机制。此外，适当的生长素施用可能有助于开发用于作物保护的环境友好型农药。
图3 TaHSP18.6调控小麦FCR抗性的机制
我校青年教师张宁和硕士研究生刘璐为论文共同第一作者，张宁、北京大学现代农业研究院邓兴旺院士、陈锋为该论文共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、河南省自然科学基金-优秀青年基金等资助。
编辑/黄璞 杨钰晨 审核/方芳 签发/周红飞
