近日，西北农林科技大学园艺学院葡萄种质资源与遗传育种团队在《New Phytologist》杂志在线发表了题为“Overexpression of two CDPKs from wild Chinese grapevine enhances powdery mildew resistance in Vitis vinifera and Arabidopsis”的研究论文。园艺学院2017级博士研究生胡洋为该论文第一作者，文颖强教授为通讯作者。
白粉病严重危害葡萄生产，每年造成巨大经济损失。广泛栽培的欧亚种葡萄品质优良，但对白粉病缺乏有效遗传抗性。经鉴定，部分中国野生种葡萄（株系）高抗白粉病，是进行葡萄抗病分子育种的重要种质资源。Ca2+是植物细胞中重要的第二信使分子。当植物细胞受到病原物入侵刺激时，细胞质中的钙离子浓度会发生周期性振荡（即钙信号）。钙依赖蛋白激酶（CDPKs）通过其羧基端钙调结构域（EF-hand）结合Ca2+并促使自身构象发生改变，暴露出激酶活性位点；然后，CDPKs通过结合底物蛋白或促使其磷酸化，将钙信号转化为磷酸化事件，进而将胁迫信号传递给下游的转录因子、蛋白激酶或末端代谢酶类等底物蛋白。因此，钙依赖蛋白激酶可能在葡萄与白粉菌互作过程中发挥关键调控功能。该研究从高抗白粉病的华东葡萄株系白河-35-1中鉴定到两个响应白粉菌诱导上调表达的I类CDPK基因（VpCDPK9/13）；通过遗传转化获得了VpCDPK9/13-YFP的过表达转基因葡萄株系及VpCDPK9-YFP的过表达转基因拟南芥株系。抗病性鉴定结果表明，转基因材料的白粉病抗性相对于野生型显著增强，且主要归因于白粉菌诱导的寄主细胞过敏性死亡、细胞壁沉积和过氧化氢积累，并依赖于乙烯和水杨酸信号；生化分析表明，VpCDPK9/13均可以通过与VpMAPK3、VpMAPK6、VpACS1和VpACS2相互作用，调控后者磷酸化与蛋白质积累进而参与调控乙烯生物合成；田间葡萄叶片激素测定结果显示：乙烯在抗白粉病野生葡萄株系中积累水平较高，而在感白粉病野生葡萄株系中积累极低。该现象在欧洲葡萄中不存在，表明乙烯可能在中国野生葡萄抗白粉病过程中发挥重要功能。该研究为利用中国野生葡萄抗病基因资源进行栽培葡萄抗病分子育种提供了理论依据。
该研究由园艺学院和马里兰大学合作完成，受到国家重点研发计划、国家自然科学基金项目和美国NSF项目的资助。
原文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.17285
日期：2021-03-07
