大豆线虫抗性基因揭示了一个植物抵抗病原的新机制

生物通,2012-10-16

50年来，世界大豆作物都依赖于利用抗孢囊线虫大豆品种，但没有人知道这些植物是如何击退孢囊线虫害的。现在抗性大豆植物的秘密终于浮出水面。令人惊讶地是在大豆中与抗孢囊线虫相关的基因中有一个一直以来也与包括淋巴细胞白血病、脊柱裂和心血管病等人类疾病相关。来自密苏里大学的研究人员及其同事将这一突破性的成果发表在10月15日的《自然》（Nature）杂志上。

论文的共同作者、密苏里大学Bond 生命科学中心植物科学副教授Melissa Mitchum 说：“九年前，当我开始研究大豆抗孢囊线虫的分子基础时努力去鉴别相关的基因，我从来没有料想到会这样的复杂。这一导致抗孢囊线虫的基因完全是出乎意料的。这一称作丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT)的基因在自然界常见，存在于包括动物和植物在内的不同王国里。在人类，SHMT基因突变可导致叶酸缺乏。叶酸是一种对细胞生成和维持至关重要的维生素B，与许多相关联。

Mitchum研究小组与南伊利诺伊大学的Khalid Meksem课题组展开协作精确定位了该基因在大豆基因组中的位置。他们随后发现了来自正常抗病品种，但带有一种突变SHMT基因形式的大豆植物。他们观察发现这些植物丧失了对孢囊线虫的抗性。在另一项实验中，利用两种不同的基因沉默技术关闭了SHMT基因。这些大豆也变得易感。第三种测试是将SHMT基因抗性形式置于通常易感的大豆中，发现这些植物也变得有抗性。

“植物育种者可以马上利用我们的研究结果。我们现在知道当培育抗性品种时寻找哪些基因。孢囊线虫抗性现在可以直接插入到重要的商业大豆品种中。对于农民来说，在开发大豆孢囊线虫病（SCN）新形式无法很快实现。孢囊线虫形成了自己的自然防御方式。“希望我们的发现能够为提高大豆抗病品种的持久性铺平道路。”

尽管植物育种者现在就可以利用Mitchum的研究发现，她和她的研究小组辨别出孢囊线虫抗性的技术细节可能还需十年的时间。到目前为止，她们知道了有两种SHMT基因突变改变了酶的活性，以这种方式向植物提供了抗性。与Dmitry Korkin研究小组一起，她们发现缺陷酶功能失常，主要是在酶已知作为结合口袋的区域，在此处酶与其他分子发生相互作用。但这究竟是如何影响孢囊线虫的目前仍不清楚。

论文链接：A soybean cyst nematode resistance gene points to a new mechanism of plant resistance to pathogens