Nature Genetics | 农学院玉米研究中心徐明良课题组在玉米抗病研究中取得重大突破

2024年1月18日，中国农业大学徐明良团队在 Nature Genetics 期刊在线发表一篇题为 The ZmWAKL-ZmWIK-ZmBLK1-ZmRBOH4 module provides quantitative resistance to gray leaf spot in maize  的研究论文。该研究历时十余载，全面阐述了从基因克隆、免疫信号传递到防御响应的复杂抗病分子机制。这不仅丰富了人们对植物复杂免疫信号传导网络的了解，也为玉米灰斑病的防治提供了新的分子靶标。

01 研究内容

灰斑病是一种严重危害玉米的叶部病害，由真菌Cercospora zeae-maydis和Cercospora zeina侵染引起。自上世纪20年代在美国首次发现以来，这一病害已在全球范围内扩散，对玉米生产造成严重影响。该团队在高抗玉米自交系Y32中鉴定到一个主效数量抗病位点qRgls1。经过多年的精细定位和转基因功能验证，他们发现了一个编码WAK类激酶的功能基因位点。该位点抗病等位基因编码的ZmWAKLY能够形成二聚体，并在质膜上与其共受体ZmWIK(一个富含亮氨酸重复的类受体激酶)结合，形成ZmWAKLY/ZmWIK免疫复合体。该复合体进而与细胞质类受体激酶ZmBLK1相互作用，并由ZmBLK1将免疫信号汇聚至质膜上的NADPH氧化酶ZmRBOH4。当ZmWAKLY感知到病原菌入侵时，其磷酸化活性迅速增加，从而触发从ZmWAKLY到ZmWIK、ZmBLK1，最终到ZmRBOH4的免疫信号传导链，结果引发活性氧的爆发，表现出抗病特性。

02 结果与讨论

植物拥有一套复杂的防御机制，用以接收和传导免疫信号并激发抗病反应。植物细胞壁相关激酶(WAKs)和WAK类激酶(WAKLs)构成一类新的PRRs，在作物抵御真菌病害的过程中扮演着重要角色。本研究首次系统阐述了WAKs/WAKLs的复杂抗病信号传递通路，加深了对植物数量抗性机制的认识，也为玉米抗病分子育种奠定了基础。

中国农业大学徐明良课题组博士后 钟涛 为第一作者，徐明良 教授为通讯作者。课题组 朱芒 博士、张倩倩 博士、邓穗宁 博士和博士生 郭晨煜 提供了大量的帮助和建议，吉林农科院 张艳 研究员和中国农大生物学院 徐凌 教授为项目的成功奠定了坚实的QTL定位基础。此外，在项目实施过程中，云南省农科院 番兴明 研究员、毕亚琪 博士以及保山市农科院高级农艺师 李琰聪、谢志坚、刘婷婷 提供了材料和田间管理；美国北卡州立 Peter Balint-Kurti 为项目提供了宝贵的意见和见解。中国农大 毕国志 教授和 朱旺升 教授在文章的撰写和修订过程中提出了重要建议。该研究得到了科技部“十四五重点研发计划”项目的资助。