PCE | 北京市农林科学院张凤兰课题组解析钙网蛋白参与白菜干烧心病抗性的分子机制

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  近日,北京市农林科学院蔬菜研究中心 张凤兰 课题组(十字花科作物遗传进化与育种)在 Plant, Cell & Environment 在线发表了题为 Natural variation in a calreticulin gene causes reduced resistance t o Ca2+ deficiency‐induced tipburn in Chinese cabbage (Brassica rapa ssp. pekinensis) 的研究论文。该研究分析了钙网蛋白BrCRT2 (Calreticulin2)在大白菜干烧心抗性中的作用,阐述了BrCRT2参与植物胞质Ca2+浓度调控的新机制。

  

  大白菜原产我国,是我国栽培面积最大的蔬菜作物。干烧心病是由于缺钙(Ca2+)引起的生理性病害。目前生产上应用的大白菜主栽品种均不具抗病性,加之环境或栽培管理不当等不利环境因素均可导致干烧心大量发生,严重影响大白菜的产量和质量。挖掘植物自身抗干烧心基因,培育抗病新品种是解决白菜干烧心发病的根本途径。但 由于抗病评价技术不成熟,种质资源尚未开展系统评价,抗源的缺乏以及遗传与抗病机制认识的匮乏使得抗干烧心育种成为国内外大白菜育种的重大难题。

  有鉴于此,张凤兰课题组首先对一个由194个大白菜高代自交系组成的自然群体在自然栽培条件下进行抗病性状的评价与鉴定工作。利用四年的调查数据,结合全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS),在A06染色体上定位了一个控制白菜干烧心抗性的QTL;该QTL进一步在两个分别由感病x抗病亲本配制获得的DH(Double Haploid)群体和F2群体中得到验证。序列差异比对、分子标记验证和基因表达差异分析显示该区间内的 钙网蛋白BrCRT2 (Calreticulin2)是抗病候选基因。氨基酸序列比对显示在感病亲本中,该基因编码蛋白在其关键结构域有17个氨基酸的缺失。进一步转基因分析、Ca2+荧光标记和内质网分离体的钙离子结合/外排等试验证明这17个氨基酸的缺失会导致该蛋白钙离子结合能力下降,从而降低植物应对钙缺乏胁迫的能力,最终导致干烧心病的发生。 本研究通过解决这些问题,探索白菜干烧心病抗性的分子机理,为干烧心抗病分子育种提供理论依据。

  北京市农林科学院蔬菜研究中心 苏同兵 副研究员为论文第一作者, 于拴仓 研究员和 张凤兰 研究员为通讯作者。相关工作得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金和国家重点研发计划等项目的资助。

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pce.13612

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