东北农业大学联合普渡大学揭示谷氨酰胺合成酶基因PpGS1.1负调控草地早熟禾白粉病抗性机制

白粉病 [Blumeria graminis (DC.) Speer] 广泛分布于世界各地，为草坪草常见的茎叶病害之一。白粉病的侵染可导致草坪的养护与管理成本增加，严重制约草坪的观赏价值和使用寿命。草地早熟禾 (Poa pratensis L.) 是世界著名的冷季型草坪草，是我国北方园林绿化重要草坪草种，但在其应用中发现，草地早熟禾对氮肥敏感，氮肥添加不当易诱发白粉病。研究氮肥对草地早熟禾白粉病发病的影响机制，可为合理利用氮肥以及草地早熟禾抗白粉病新品种培育提供基因资源。

近日，Horticulture Research 上线了 (Advance Access) 东北农业大学陈雅君/谢福春草坪研究团队联合普渡大学姜亦巍教授合作完成的题为Glutamine synthetase gene PpGS1.1 negatively regulates the powdery mildew resistance in Kentucky bluegrass 的研究论文。研究揭示了谷氨酰胺合成酶基因 PpGS1.1 作为关键基因调控冷季型草坪草草地早熟禾白粉病病原菌抗性的生理及分子机制。

研究对草地早熟禾品种‘Bluemoon’（氮耐受型）和 ‘Balin’（氮敏感型）分别进行低氮浓度（0.5 mM）、正常氮浓度（15 mM）和高氮浓度（30 mM）处理，通过对表型、生理和分子等不同方面的研究数据进行综合分析发现，随着氮素浓度水平的增加，‘Balin’的白粉病发病程度显著高于‘Bluemoon’（图1）。

转录组学和权重共表达（WGCNA）分析表明，编码谷氨酰胺合成酶的 PpGS1.1基因是调控草地早熟禾白粉病病原菌抗性的关键基因；草地早熟禾氮素代谢途径通过 PpGS1.1 基因与植物-病原互作途径关联（图2）。

亚细胞定位分析表明该蛋白定位于细胞核和细胞质中；过表达 PpGS1.1 基因，增加了野生型草地早熟禾中碳、氮含量，转基因株系蜡质密度较低，进而白粉病病原菌更易侵染（图3）；过表达株系中，参与氮素代谢的差异表达基因上调，参与脂肪酸代谢途径的基因下调；研究结果表明谷氨酰胺合成酶基因 PpGS1.1 负调控草地早熟禾的白粉病抗性。

东北农业大学博士生孙晓阳为该论文第一作者，陈雅君教授及谢福春副教授为论文的共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金（31971772和32001407）项目资助。

作者团队介绍

陈雅君教授团队在草坪草抗性生理和生物学、遗传资源改良等方面进行了大量研究，在国际重要学术期刊如Journal of Agronomy and Crop Science、Frontiers in Plant Science、BMC Plant Biology、Scientia Horticulturae等发表多篇研究成果，并积极开展国际合作，同美国新泽西州立大学、普渡大学、挪威草坪研究中心及澳大利亚南澳研究与发展研究所都有共同学术研究成果发表。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhac1‍96

转自：“园艺研究”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！