根腫病是油菜等十字花科作物農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上危害最大的病害之一。根腫菌在土壤中可存活二十年，耕地一旦被污染，將不再適合種植十字花科作物。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所陳宇航和周儉民合作團(tuán)隊，克隆了廣譜抗根腫病基因WeiTsing（WTS，衛(wèi)青）并闡明了其作用機(jī)制。WTS介導(dǎo)植物對多種根腫菌的抗性，在十字花科作物抗根腫病育種中有良好應(yīng)用前景。6月8日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《細(xì)胞》上。?

利用抗病基因改造農(nóng)作物抗病性是防治病害最為綠色經(jīng)濟(jì)高效的方式，但已知的根腫病抗病基因數(shù)目少、機(jī)制研究薄弱，且田間已出現(xiàn)了新菌株，導(dǎo)致現(xiàn)有抗根腫病基因抗性喪失。因此，挖掘高效廣譜抗根腫病基因是抗根腫病育種面臨挑戰(zhàn)。?

周儉民團(tuán)隊致力于植物免疫機(jī)制研究，前期與清華大學(xué)研究柴繼杰等團(tuán)隊合作，于2019年在國際上首次發(fā)現(xiàn)了植物抗病小體，揭示了植物NLR家族抗病蛋白激活免疫的核心機(jī)制，解決了困擾植物免疫領(lǐng)域二十多年的難題（相關(guān)成果入選2019年度中國生命科學(xué)十大進(jìn)展）。進(jìn)一步，周儉民團(tuán)隊與遺傳發(fā)育所陳宇航團(tuán)隊、何康敏團(tuán)隊以及清華大學(xué)柴繼杰團(tuán)隊合作，于2021年揭示了經(jīng)典抗病小體ZAR1的離子通道功能，明確了鈣離子作為植物激活免疫的初始信號。陳宇航團(tuán)隊與清華大學(xué)柴繼杰團(tuán)隊合作，于2022年解析了小麥抗病小體Sr35的離子通道活性，進(jìn)一步支持了植物免疫的鈣信號理論。周儉民、陳宇航團(tuán)隊在植物抗病基因鑒定、功能研究、結(jié)構(gòu)解析及通道活性鑒定等方面積累了豐富經(jīng)驗。?

針對十字花科作物根腫病害這一重大問題，陳宇航和周儉民團(tuán)隊綜合利用遺傳學(xué)、生物化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)及生理學(xué)等方法，分離鑒定到高抗根腫病基因WTS并闡明了其分子機(jī)制。WTS編碼一個從未報道過的蛋白，導(dǎo)入油菜后表現(xiàn)出良好的抗性，且生長發(fā)育完全正常；攜帶WTS的油菜作對多個根腫菌表現(xiàn)為高抗，包括在現(xiàn)有抗性品種上表現(xiàn)出高致病力的菌株，表明WTS是一個廣譜抗性基因。因此，WTS在油菜抗根腫病分子育種中頗具應(yīng)用價值。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)根腫菌侵染時，WTS在中柱鞘細(xì)胞中特異表達(dá)并自我裝配為定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的新型鈣離子通道，通過介導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子釋放激活下游免疫反應(yīng)，從而保護(hù)根部維管束系統(tǒng)免受病菌的侵害。WTS在中柱外圍形成保護(hù)屏障，這與我國秦漢時期在北部山區(qū)建立防線、抗擊匈奴，具有相似性，故借用西漢將領(lǐng)衛(wèi)青命名該基因。?

研究表明，植物不僅可以通過傳統(tǒng)的抗病小體激活鈣信號，而且能利用NLR家族以外的其他蛋白組裝成全新的離子通道來激活鈣信號和免疫反應(yīng)。不同于質(zhì)膜定位的抗病小體，WTS復(fù)合物定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，表明其為鈣離子釋放通道，這是在植物中首次發(fā)現(xiàn)鈣離子釋放通道；此外，WTS在根部特異細(xì)胞層的誘導(dǎo)和作用方式，對其他土傳病害抗性機(jī)制的研究有重要借鑒意義。?

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的支持。?

WTS的作用機(jī)制。WTS編碼定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的鈣離子通道，通過介導(dǎo)鈣釋放觸發(fā)下游免疫反應(yīng)，抵御根腫菌的入侵、保護(hù)植物維管束系統(tǒng)。?