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院作物所发表最新研究成果,助力芸薹属抗根肿病育种

发布时间:2022-04-28 10:56   来源:作物所    阅读: 次   字体:[大] [中] [小]   保护视力色:       


油菜是世界上重要的油料作物和蛋白源,近年来,世界油菜主要产区均受到根肿病的严重影响。根肿病(clubroot)是由专性寄生十字花科的根肿病菌(Plasmodiophora brasicae)侵染引起的土传性病害,在我国每年影响320-400万公顷的十字花科作物。选育和栽培根肿病抗性品种是控制根肿病最经济有效的方法。根肿病抗源主要来源于芸薹属A基因组,且大部分抗性基因都来源于欧洲芜菁(AA 2n=20)。目前缺少一个高质量的抗根肿病(CR)材料的参考基因组,严重阻碍了芸薹属的抗根肿病基因分离和遗传育种应用。

近日,院作物所油料室副研究员江莹芬和华中农业大学合作发表题为《R gene triplication confers European fodder turnip with improved clubroot resistance》的研究论文,该研究采用第三代PacBio测序技术结合染色体构象捕获(Hi-C)技术成功组装了欧洲抗根肿病芜菁“ECD04”的基因组序列,获得了高质量参考基因组序列(图1)。在此基础上,成功将先前定位的28个根肿病抗病(CR)位点进行了系统整合,在ECD04基因组中共定位出15个CR位点,并鉴定到62个NLR类型的候选CR基因,并通过转基因、接菌实验和RT-PCR技术验证了其中两个候选CR基因CRA3.7.1和CRA8.2.4对根肿病具有抗性(图2)。通过比较基因组学分析发现感病材料中的CRA3.7.1和CRA8.2.4序列存在大片段的结构变异及转座子插入,其可能是抗性丧失原因。同时,通过与盐芥基因组的共线性分析,发现这两个被验证有功能的CR基因在芸薹属三倍化之前的祖先基因组中已经存在,基于以上结果,文章提出了根肿菌与芸薹属作物的进化模型。该研究获得的抗根肿病材料ECD04的基因组信息和鉴定出的抗病位点将为芸薹属作物的抗根肿病遗传育种提供重要资源,同时,对CR基因的进化分析也为今后的CR候选基因定位和功能分析以及基因组进化的相关研究提供重要参考。

该论文发表在植物学领域国际知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上,该杂志2021年影响因子IF=9.803,为中科院生物学一区期刊,华中农大信息学院杨植全博士和院作物所副研究员江莹芬为该论文并列第一作者。


1 ECD04的基因组和Hi-C交互特征



2 CRA8.2.4的功能验证