核盤菌引起的油菜菌核病是我國油菜的首要病害。該病發(fā)生范圍廣，發(fā)生面積大，暴發(fā)頻率高，危害損失重，已成為油菜安全生產(chǎn)的主要限制因子，且對冬油菜產(chǎn)區(qū)的損害尤其嚴(yán)重。由于缺乏抗病品種，菌核病的防治主要依賴于化學(xué)防治，但化學(xué)農(nóng)藥的長期使用（尤其是濫用）易導(dǎo)致抗藥性產(chǎn)生、農(nóng)藥殘留和環(huán)境污染等問題。目前，在常規(guī)防治條件下，菌核病造成的油菜籽損失每年約為80億元。因此，菌核病的綠色安全防控是油菜生產(chǎn)上亟待解決的難題。

 

　　核盤菌初侵染源子囊孢子的侵染能力較弱，需借助油菜花瓣（外源營養(yǎng)）才能形成侵染菌絲，它主要通過罹病花瓣飄落至莖葉引發(fā)接觸侵染的方式殺死植株。因此，抑制子囊孢子侵染花瓣是防治菌核病的有效策略。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)核盤菌重寄生真菌盾殼霉分泌的蛋白酶CmSp1能降解核盤菌細(xì)胞壁蛋白和細(xì)胞膜蛋白，抑制核盤菌子囊孢子萌發(fā)和菌絲生長，且能顯著抑制核盤菌子囊孢子侵染花瓣?；诖耍瑘F(tuán)隊(duì)使用花瓣特異啟動子XY355在油菜花瓣中特異表達(dá)CmSp1，顯著抑制核盤菌子囊孢子和灰葡萄孢分生孢子侵染花瓣，從而切斷了花瓣侵染介導(dǎo)的病害循環(huán)；同時(shí)，花瓣表達(dá)CmSp1植株對油菜的生長發(fā)育、角果數(shù)、單株產(chǎn)量、千粒重、含油量和蛋白含量等農(nóng)藝性狀均無顯著影響。這表明花瓣表達(dá)CmSp1在抗花瓣侵染病原菌分子育種中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

 

　　本研究以核盤菌侵染花瓣為出發(fā)點(diǎn)，從生防菌盾殼霉中篩選生防功能基因CmSp1，通過花瓣特異表達(dá)轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)制抗病材料，為花瓣侵染病害防控提供了新的研究思路。

 

　　我校農(nóng)業(yè)微生物資源挖掘與利用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、湖北省作物病害監(jiān)測和安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生王永春為論文第一作者，楊龍教授為論文通訊作者，課題組李國慶教授、吳明德副教授和張靜副教授，加拿大薩斯喀徹溫大學(xué)衛(wèi)揚(yáng)斗教授、美國華盛頓州立大學(xué)陳衛(wèi)東教授、中國農(nóng)科院油料作物研究所劉勝毅研究員、農(nóng)業(yè)微生物資源挖掘與利用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室姜道宏教授和Kenichi Tsuda教授等參與了合作研究。研究得到國家自然科學(xué)基金和國家油菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-12）等項(xiàng)目的資助。

 

　　【英文摘要】

 

　　Sclerotinia sclerotiorum and Botrytis cinerea are necrotrophic plant-pathogenic fungi, causing substantial economic losses on many crops. So far, resistant cultivars against these pathogens are unavailable in most crops. Here, we show that the serine protease CmSp1 of Coniothyrium minitans, a well-characterized mycoparasite of S. sclerotiorum, contributed to suppressing the petal-mediated infection by S. sclerotiorum in rapeseed. Application of recombinant CmSp1 proteins facilitates the bulk degradation of S. sclerotiorum proteins and inhibits spore germination and hyphal growth of S. sclerotiorum and B. cinerea, thereby preventing the development of both diseases. Stable transgenic rapeseed plants with tissue-specific expression of CmSp1 in flower petals inhibit the petal-mediated infection by both S. sclerotiorum and B. cinerea, and resulting transgenic plants have no adverse effect on other agronomic traits. Thus, our findings provide a novel mechanism by which a mycoparasite inhibits fungal pathogens and an environmentally friendly disease management strategy.

 

　　論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124723013025