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【应用成果】俯身研育种,仰首问“天河”
文章来源:  |  发布时间:2017-07-13  |  【打印】 【关闭

导读

近日,四川农业大学水稻研究所陈学伟教授团队在“天河二号”超级计算机强大计算能力的支持下,通过大规模水稻全基因组数据关联分析,发现了对稻瘟病具有广谱持久抗性的水稻天然变异位点。该变异点的确定将提高水稻自身免疫力,为防治稻瘟病提供全新路径。629,该项研究成果在影响因子超过30的全球顶尖期刊《Cell》主刊线上成功发表,这是“天河二号”在生物科技领域的又一重大应用成果。

正文

水稻是人类最重要的粮食作物之一。稻瘟病被称为水稻的癌症,可引起水稻大幅度减产,严重时减产30%-50%。四川农业大学陈学伟教授带领的研究团队与国内外专家合作,经过多年的探索研究,借助“天河二号”超级计算机强大的计算资源,通过大数据分析与遗传、生化、病理等实验方法和技术手段相结合,挖掘了对稻瘟病的新型广谱高抗的水稻遗传资源,阐明了新型广谱持久抗病的分子机理,发现了水稻天然变异位点,这将有望提高水稻自身免疫力,解决抗病基因耐药性的国际难题,为防治稻瘟病提供了新路径。其研究论文“A Natural Allele of a Transcription Factor in Rice Confers Broad-Spectrum Blast Resistance 629日成功发表在全球顶尖学术期刊《Cell》主刊上。

患稻瘟病的水稻

该研究利用广谱高抗水稻地谷与基因组已经测序的66份非广谱抗病水稻进行GWAS(全基因组关联)分析,并应用高抗水稻地谷与高感材料丽江新团黑谷为亲本构建的重组自交系(抗病性经多年田间自然诱发和苗期接种鉴定)进行共相关分析,发现了编码C2H2类转录因子的基因Bsr-d1的启动子自然变异后对稻瘟病具有广谱持久的抗病性。该等位变异在提高抗病性的同时,对产量性状和稻米品质没有明显影响,因而具有十分重要的应用价值

Bsr-d1介导的抗病性模型

进一步分析发现在地谷中,基因Bsr-d1的启动子区域因一个关键碱基变异,导致上游MYB转录因子对Bsr-d1的启动子结合增强,从而抑制Bsr-d1响应稻瘟病菌诱导的表达,并导致Bsr-d1直接调控的H2O2降解酶基因表达下调,使H2O2降解减弱,细胞内H2O2富集,提高了水稻的免疫反应和抗病性。由于先前在水稻等植物中尚未报道过C2H2转录因子和MYB转录因子如何协调减弱H2O2的降解来提高广谱抗病性。这一新型广谱抗病机制的发现极大地丰富了水稻免疫反应和抗病分子理论基础,也为小麦、玉米等粮食作物相关新型抗病机理的研究和应用提供了重要借鉴。

陈学伟教授(中)与论文第一作者李伟滔副研究员(右)

“水稻全基因组数据关联分析项目”作为陈学伟教授团队在“天河二号”上开展研究的重点项目之一,该研究工作得到了“国家自然科学基金”、“教育部新世纪优秀人才计划”、“国家重点研发计划--七大农作物育种”、“国家转基因生物新品种培育重大专项”等各项资助,并联合国内外科研机构合作完成。该论文是继20152月中科院植物所种康研究组在《Cell》发表文章阐明水稻感知寒害的分子机制之后我国水稻领域的第二篇Cell论文,同时也是西南地区的第一篇Cell论文。 

Cell》论文链接 

http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(17)30649-9

注:文章摘自国家超级计算广州中心微信公众号,原文链接

https://mp.weixin.qq.com/s/0wYewoMXMfg3FgcOEEld3Q

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