奥维森科技：多组学研究成果发表于Nature子刊《Nature Plants》！
植物病毒疾病，通常被称为“植物癌症”，长期以来一直是全球农业生产的主要障碍，每年对全球作物生产造成数十亿美元的损失。其中玉米粗缩病（MRDD），由玉米粗缩病毒（MRDV）或水稻黑条矮缩病毒（RBSDV）引发。近日，中国农业科学院作物科学研究所作物基因资源与育种国家重点实验室的李新海研究员带领团队在植物科学领域的顶级期刊《Nature Plants》（IF=18/Q1）上发表了研究成果《A transcription factor ZmGLK36 confers broad resistance to maize rough dwarf disease in cereal crops》，发现转录因子ZmGLK36通过增强茉莉酸（JA）生物合成和JA介导的防御反应来促进对RBSDV的抗性，为培育RBSDV抗性谷物作物提供了有效策略。
奥维森为该项研究提供了转录组测序及分析服务。
研究背景
RBSDV和MRDV几乎可以感染亚洲、欧洲和南美地区包括玉米、水稻、小麦、大麦和其他谷物作物在内的所有主要谷物作物，尽管调整播种日期和使用化学药剂通常用于减轻RBSDV或MRDV引发的疾病和产量损失，但这些做法效率低下且对环境有害，因此，培育相应的抗性品种一直是管理这些病毒疾病最有效和环境友好的方法。
基于全基因组的关联研究已经发现超过30个与RBSDV或MRDV抗性相关的数量性状位点（QTLs），而在植物中，只有3个赋予RBSDV抗性的基因被克隆和功能性地表征。由于单个位点对RBSDV抗性的影响通常较小，因此孤立更多RBSDV抗性基因，特别是那些可以在所有主要谷物作物中赋予广泛抗性且不对其他农艺性状产生明显不良影响的基因，仍然是一个紧要的任务。
实验材料
抗病品系齐319、感病自交系掖478、以及由二者杂交得到的重组自交系
研究技术
图位克隆、转录组和代谢组
研究结果
1、ZmGLK36对RBSDV的抗性
鉴定到玉米抗RBSDV的主效数量性状位点（QTL）qMrdd2，并开发了一对近等基因系NIL-S和NIL-R，接种试验证明，NIL-R对RBSDV具有更强的抗性，ZmGLK36在NIL-R中被RBSDV显著诱导表达，利用CRISPR/Cas9技术敲除ZmGLK36后的品系表现出更高的感受性和更高的RBSDV-S10表达水平。位于5‘非翻译区(UTR)的10个单核苷酸多态性（SNPs）和一个26个碱基的插入片段与疾病严重程度指数（DSI）显著相关。自交系Hap 1的DSI显著低于Hap 2，ZmGLK36在Hap 1中被诱导表达，而在Hap 2系中被抑制，这些结果表明，ZmGLK36可被RBSDV感染诱导，并对MRDD具有抗性。
2、ZmGLK36启动子中26个碱基对基因表达的影响
为了测试26个碱基的插入是否与ZmGLK36表达相关，构建了两种类型的葡萄糖醛酸糖苷酶（GUS）报告基因，发现26个碱基的插入/缺失（indel）参与了ZmGLK36对RBSDV感染的表达调控，是ZmGLK36对RBSDV差异表达和抗性的主要原因。ZmGLK36的5'UTR有三个转录因子的结合位点：ZmDBF2、ZmP1和ZmbHLH74，其中ZmDBF2是RBSDV抗性的负调控因子。
3、ZmGLK36通过激活ZmJMT表达促进JA合成
通过RNA测序、代谢组学检测以及酵母单杂和双杂实验，发现ZmGLK36能直接与调控JA信号的ZmJMT和ZmLOX8的启动子结合，并激活它们的表达，说明ZmGLK36通过促进JA生物合成和对RBSDV感染的JA介导的防御反应，赋予对RBSDV的抗性。
4、ZmGLK36在作物育种中的潜在应用
为了测试ZmGLK36在育种中的应用价值，作者将其引入到10个玉米改良的自交系和1个杂交种中，田间试验显示，在自然和人工接种RBSDV条件下，这些品系均比其相应的对照植物具有更强的抗RBSDV性，并且在非致病性压力条件下，没有观察到对产量和其他主要农艺性状的明显负面影响。另外在水稻和小麦中引入ZmGLK36后，RBSDV发病率也显著降低，表明ZmGLK36在培育抗RBSDV谷物作物方面具有广泛的应用前景。
研究成果
（1）成功克隆了ZmGLK36基因，并阐明其促进JA的生物合成来响应RBSDV的侵染的分子机制。
（2）证实高表达ZmGLK36的转基因玉米、水稻和小麦对RBSDV的抗性显著增强，为谷物作物提供了新的抗病基因资源。
参考文献
Xu, Z., Zhou, Z., Cheng, Z. et al. A transcription factor ZmGLK36 confers broad resistance to maize rough dwarf disease in cereal crops. Nat. Plants (2023). https://doi.org/10.1038/s41477-023-01514-w
