PNAS |中国农业大学李金杰/李自超团队揭示水稻CTS1调控耐冷性与稻瘟病抗性的双重机制
低温冷害与稻瘟病是制约水稻稳产与广适性的两大主要逆境。挖掘同时参与两类胁迫调控的关键基因，对于水稻多抗育种具有重要意义。近日，中国农业大学农学院李金杰/李自超教授团队与黑龙江省农业科学院水稻研究所联合，在PNAS期刊在线发表题为“Natural variation of CTS1 confers cold tolerance and blast resistance in rice”的研究论文，系统揭示了转录因子CTS1（OsWRKY74）同时调控水稻耐冷性与稻瘟病抗性的双重分子机制，为水稻抗逆遗传改良提供理论支撑与优异基因资源。
研究团队通过全基因组关联分析克隆了水稻苗期与孕穗期耐冷基因CTS1，其启动子区-1185 bp与-1075 bp两个SNP位点的自然变异导致耐冷单倍型CTS1Hap1低表达，赋予粳稻更强的低温耐受性。转基因功能验证表明，CTS1在水稻营养生长与生殖生长阶段均负向调控耐冷性（图1）。稻瘟病抗性鉴定显示，CTS1过表达株系抗性显著增强，敲除株系则更感病，表明CTS1正调控水稻稻瘟病抗性（图2）。图1CTS1负向调控苗期与孕穗期耐冷性
图2CTS1正调控水稻稻瘟病抗性
机制分析表明，CTS1一方面通过直接抑制甾醇葡萄糖基转移酶基因CTB2的表达，减少甾醇糖苷合成，负向调控耐冷性；另一方面，在稻瘟菌侵染时通过直接激活分子伴侣基因OsHSP90的表达，正调控水稻稻瘟病抗性（图3）。演化分析显示，两种主要单倍型起源于不同野生稻祖先，CTS1在温带粳稻中经历了正向选择，将CTS1Hap1导入优良籼稻品种可显著增强其苗期耐冷性，证明该基因具有重要育种利用潜力。该研究为理解作物抗逆性状间的权衡关系提供了新视角，也为水稻耐冷与抗病协同改良的分子设计育种提供了重要基因资源与靶点。
图3CTS1调控模式图
中国农业大学农学院在读博士生叶薇，黑龙江省农业科学院水稻研究所马文东研究员，中国农业大学博士后李颖秀，黑龙江省农业科学院水稻研究所郭震华研究员为论文共同第一作者；中国农业大学农学院李金杰教授、李自超教授，黑龙江省农业科学院水稻研究所冯延江研究员为共同通讯作者。中国农业大学植物保护学院陈旭君教授团队在稻瘟病抗性鉴定中给予了关键性支持与指导，云南省农业科学院曾亚文研究员在耐冷表型鉴定中提供了重要帮助。中国农业大学张洪亮教授、张战营副教授、孙兴明副教授共同参与了此项研究。特别感谢中国科学院植物研究所罗伟副研究员惠赠宝贵的近等基因系材料，以及中国农业大学植物保护学院王瑞金老师惠赠稻瘟菌株系。本研究工作获得生物育种国家科技重大专项、国家自然科学基金、中国博士后科学基金的资助。原文链接：
https://doi.org/10.1073/pnas.2529950123
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