近日，Plant Biotechnology Journal在線發表了蔬菜研究所白菜課題組題為Wall-associated kinase BrWAK1 confers resistance to downy mildew in Brassica rapa的研究論文，基于圖位克隆鑒定到大白菜抗霜霉病新基因BrWAK1，系統解析了BrWAK1參與霜霉病抗性的分子機理，并探討了該基因在抗病分子育種中的應用潛力。
大白菜（Brassica rapa L. ssp. pekinensis）起源于我國，是我國第一大蔬菜作物。霜霉病是由專性寄生霜霉菌（Hyaloperonospora parasitica）引起的卵菌病害，是危害大白菜的三大病害（病毒病、霜霉病和軟腐?。┲?，該病流行范圍廣、發病速度快，對白菜的產量和品質造成嚴重影響，培育霜霉病抗性品種是解決這一難題最有效的途徑之一。
該團隊以大白菜抗霜霉病自交系T12-19和感病自交系91-112為親本構建的DH群體、以及衍生的高代回交、自交群體為材料，經過近十年的精細定位研究，鑒定到了抗病候選基因BrWAK1，編碼一個細胞壁關聯的蛋白激酶（Wall-associated kinase，WAK）。
進一步的研究表明，病原菌侵染能夠顯著誘導抗病自交系T12-19中水楊酸合成和BrWAK1的表達上調，噴施水楊酸也能夠誘導BrWAK1的表達上調，啟動子序列分析發現抗病自交系中BrWAK1的啟動子中增加了水楊酸響應元件，水楊酸的反饋調控可能在抗病中發揮重要作用。利用轉基因和基因編輯驗證了BrWAK1的功能，在感病自交系91-112中過量表達BrWAK1可以顯著增強其抗病性，而在抗病自交系T12-19中敲除BrWAK1能夠增強其感病性；構建BrWAK1重要結構域的嵌合載體，通過瞬時轉化研究發現，BrWAK1的胞外半乳糖醛酸結合結構域（GUB）的變異是感病自交系91-112喪失抗性的主要原因。此外，我們還發現BrWAK1能夠與BrBAK1發生相互作用，并導致下游絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）級聯反應，從而觸發抗病防御反應。
綜上所述，本研究系統解析了BrWAK1參與大白菜抗霜霉病免疫反應的分子機理，并發現BrWAK1轉基因白菜的生物量沒有顯著變化，展現了該基因在大白菜霜霉病抗性改良中的潛在應用價值。
蔬菜研究所張彬副研究員和蘇同兵研究員為該論文的第一作者，于拴倉研究員與張鳳蘭研究員為共同通訊作者，該研究得到了得到了國家重點研發計劃、北京市種質創制和品種選育聯合攻關、國家自然科學基金等項目和北京市農林科學院杰出科學家培育項目的資助。該團隊近年來以提高白菜產量、抗病和抗逆性為主要目標，基于基因組學、馴化選擇分析和圖位克隆等手段，鑒定了一批控制白菜開花、抗病、抗逆及其形態建成相關的功能基因，研究成果先后發表在Molecular Plant、Plant Biotechnology Journal、Cell Reports、Plant Cell forbid Environment和Journal of Experimental Botany等雜志上。
日期：2023-07-10
大白菜（Brassica rapa L. ssp. pekinensis）起源于我國，是我國第一大蔬菜作物。霜霉病是由專性寄生霜霉菌（Hyaloperonospora parasitica）引起的卵菌病害，是危害大白菜的三大病害（病毒病、霜霉病和軟腐?。┲?，該病流行范圍廣、發病速度快，對白菜的產量和品質造成嚴重影響，培育霜霉病抗性品種是解決這一難題最有效的途徑之一。
該團隊以大白菜抗霜霉病自交系T12-19和感病自交系91-112為親本構建的DH群體、以及衍生的高代回交、自交群體為材料，經過近十年的精細定位研究，鑒定到了抗病候選基因BrWAK1，編碼一個細胞壁關聯的蛋白激酶（Wall-associated kinase，WAK）。
進一步的研究表明，病原菌侵染能夠顯著誘導抗病自交系T12-19中水楊酸合成和BrWAK1的表達上調，噴施水楊酸也能夠誘導BrWAK1的表達上調，啟動子序列分析發現抗病自交系中BrWAK1的啟動子中增加了水楊酸響應元件，水楊酸的反饋調控可能在抗病中發揮重要作用。利用轉基因和基因編輯驗證了BrWAK1的功能，在感病自交系91-112中過量表達BrWAK1可以顯著增強其抗病性，而在抗病自交系T12-19中敲除BrWAK1能夠增強其感病性；構建BrWAK1重要結構域的嵌合載體，通過瞬時轉化研究發現，BrWAK1的胞外半乳糖醛酸結合結構域（GUB）的變異是感病自交系91-112喪失抗性的主要原因。此外，我們還發現BrWAK1能夠與BrBAK1發生相互作用，并導致下游絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）級聯反應，從而觸發抗病防御反應。
綜上所述，本研究系統解析了BrWAK1參與大白菜抗霜霉病免疫反應的分子機理，并發現BrWAK1轉基因白菜的生物量沒有顯著變化，展現了該基因在大白菜霜霉病抗性改良中的潛在應用價值。
蔬菜研究所張彬副研究員和蘇同兵研究員為該論文的第一作者，于拴倉研究員與張鳳蘭研究員為共同通訊作者，該研究得到了得到了國家重點研發計劃、北京市種質創制和品種選育聯合攻關、國家自然科學基金等項目和北京市農林科學院杰出科學家培育項目的資助。該團隊近年來以提高白菜產量、抗病和抗逆性為主要目標，基于基因組學、馴化選擇分析和圖位克隆等手段，鑒定了一批控制白菜開花、抗病、抗逆及其形態建成相關的功能基因，研究成果先后發表在Molecular Plant、Plant Biotechnology Journal、Cell Reports、Plant Cell forbid Environment和Journal of Experimental Botany等雜志上。
日期：2023-07-10
