植物病害生物防治团队在油菜菌核病防控方面取得新进展

　　

南湖新闻网讯（通讯员 王永春）近日，我校农业微生物资源挖掘与利用全国重点实验室植物病害生物防治团队李国庆课题组在Cell Reports上发表了题为“Expression of a mycoparasite protease in plant petals suppresses the petal-mediated infection by necrotrophic pathogens”的研究论文。该研究发现在油菜花瓣中特异表达蛋白酶CmSp1可显著抑制死体营养型病原真菌（核盘菌和灰葡萄孢）的侵染，为油菜菌核病和灰霉病的防控提供了新策略。

核盘菌引起的油菜菌核病是我国油菜的首要病害。该病发生范围广，发生面积大，暴发频率高，危害损失重，已成为油菜安全生产的主要限制因子，且对冬油菜产区的损害尤其严重。由于缺乏抗病品种，菌核病的防治主要依赖于化学防治，但化学农药的长期使用（尤其是滥用）易导致抗药性产生、农药残留和环境污染等问题。目前，在常规防治条件下，菌核病造成的油菜籽损失每年约为80亿元。因此，菌核病的绿色安全防控是油菜生产上亟待解决的难题。

核盘菌初侵染源子囊孢子的侵染能力较弱，需借助油菜花瓣（外源营养）才能形成侵染菌丝，它主要通过罹病花瓣飘落至茎叶引发接触侵染的方式杀死植株。因此，抑制子囊孢子侵染花瓣是防治菌核病的有效策略。研究团队发现核盘菌重寄生真菌盾壳霉分泌的蛋白酶CmSp1能降解核盘菌细胞壁蛋白和细胞膜蛋白，抑制核盘菌子囊孢子萌发和菌丝生长，且能显著抑制核盘菌子囊孢子侵染花瓣。基于此，团队使用花瓣特异启动子XY355在油菜花瓣中特异表达CmSp1，显著抑制核盘菌子囊孢子和灰葡萄孢分生孢子侵染花瓣，从而切断了花瓣侵染介导的病害循环；同时，花瓣表达CmSp1植株对油菜的生长发育、角果数、单株产量、千粒重、含油量和蛋白含量等农艺性状均无显著影响。这表明花瓣表达CmSp1在抗花瓣侵染病原菌分子育种中具有重要的应用价值。

图1. 蛋白酶CmSp1对核盘菌菌丝生长的抑制和溃解作用

图2. 油菜花瓣特异表达蛋白酶基因CmSp1抑制核盘菌子囊孢子侵染的模式图

本研究以核盘菌侵染花瓣为出发点，从生防菌盾壳霉中筛选生防功能基因CmSp1，通过花瓣特异表达转基因技术创制抗病材料，为花瓣侵染病害防控提供了新的研究思路。

我校农业微生物资源挖掘与利用全国重点实验室、湖北省作物病害监测和安全控制重点实验室博士研究生王永春为论文第一作者，杨龙教授为论文通讯作者，课题组李国庆教授、吴明德副教授和张静副教授，加拿大萨斯喀彻温大学卫扬斗教授、美国华盛顿州立大学陈卫东教授、中国农科院油料作物研究所刘胜毅研究员、农业微生物资源挖掘与利用全国重点实验室姜道宏教授和Kenichi Tsuda教授等参与了合作研究。研究得到国家自然科学基金和国家油菜产业技术体系（CARS-12）等项目的资助。

【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.

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124723013025

审核人：杨龙