重磅！Cell: 中科院遗传发育所陈宇航/周俭民合作团队在十字花科植物抗根肿病研究中取得重大进展

根肿病是油菜等十字花科作物农业生产上危害最大的病害。自上个世纪二十年代在我国台湾和福建地区发现根肿病以来，我国根肿病的发生面积不断增加。近年来，随着规模化农业的不断发展，根肿病在我国呈快速蔓延的趋势，根肿病的发生面积约占全国十字花科作物种植面积的30%，平均每年在我国的发病面积达4800-6000万亩，造成的产量损失约达20%~30%。根肿菌在土壤中可存活二十年，耕地一旦被污染，将不再适合种植十字花科作物。根肿病是十字花科作物的“绝症”，在生产中无药可治。

利用抗病基因改良油菜等十字花科作物对根肿菌的抗性是防治根肿病最为绿色经济高效的方式。但目前已知的根肿病抗病基因数目少、机制研究薄弱，且田间已经出现了新的毒性菌株，对现有抗病基因产生耐受，使得现有品种抗性正在快速丧失。因此，挖掘新的高效广谱抗根肿病基因是抗根肿病育种面临的巨大挑战。

周俭民研究员领衔的国家重点研发计划“植物抗病大分子作用机制和应用”项目团队瞄准“根肿病抗源稀少、机制不明”这一难题，综合利用遗传学、生物化学、结构生物学及生理学等方法，利用十字花科植物拟南芥的遗传多样性，分离鉴定到了一个新的高抗根肿病基因WeiTsing（WTS，卫青），编码一个新型抗病大分子。携带WTS的转基因油菜对多个高致病力根肿菌表现为高抗，油菜的生长发育也完全正常，表明WTS是一个广谱抗性基因，暗示WTS在油菜抗根肿病分子育种中有良好的应用价值。

当根肿菌侵染时，WTS在中柱鞘细胞中特异诱导表达，激活下游免疫反应，从而保护根部中柱免受病菌的侵害。WTS在中柱外围形成保护屏障，与秦汉在北部山区建立防线、抗击匈奴，具有相似性，因此借用西汉将领卫青命名该基因。WTS编码一个全新的蛋白，通过寡聚自我组装为一个离子通道，通过钙信号激活免疫反应。而项目团队之前发现的抗病小体也是通过寡聚形成钙离子通道，以钙信号激活免疫。但是，经典抗病小体在蛋白序列和折叠上与WTS没有任何相似性，且经典抗病小体定位于质膜，介导钙离子内流，而WTS形成的通道定位于内质网，介导了钙离子从内质网钙库向胞质的释放。这也是钙离子释放通道首次在植物细胞中被报道。

该项研究工作揭示了一种不同于植物抗病小体的免疫激活新范式，丰富了我们对植物抗病基因作用机制的认识；发现了根部特异细胞层在植物抗病中的作用，对其他土传病害抗性机制的研究具有重要借鉴意义。在阐明重要理论问题的同时，也为十字花科作物抗根肿病育种提供了解决方案。
 

该项研究于2023年6月8日以“WeiTsing, a pericycle-expressed ion channel, safeguards the stele to confer clubroot resistance”为题发表于Cell 期刊。中国科学院遗传与发育生物学研究所副研究员王伟、博士后秦力、博士生张文静及唐凌汇为该篇论文的第一作者；陈宇航研究员、周俭民研究员与王伟副研究员为论文的共同通讯作者。参加这项工作的还有四川农业大学的黄云团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所的梁承志团队。该项研究得到了国家重点研发计划（2021YFA1300700）、国家自然科学基金及中科院战略先导专项的资助。
 

WTS的作用机制。WTS编码定位于内质网的钙离子通道，通过介导钙释放触发下游免疫反应，抵御根肿菌的入侵、保护植物维管束系统。