華中農業大學賴志兵團隊在《New Phytologist》期刊上發表重大研究成果，成功克隆了玉米抗灰斑病基因 ZmWAK02，為玉米育種帶來新突破。

      2023 年 12 月 7 日，賴志兵團隊在《New Phytologist》上發表研究，宣布克隆出玉米抗灰斑病的關鍵基因 ZmWAK02。這項研究不僅克隆了該基因，還通過轉基因驗證了其功能，對玉米抗灰斑病育種具有重大應用價值。

      玉米灰斑病（GLS）是由 Cercospora zeina 或 C. zeae-maydis 引起的全球性病害，對玉米產量和質量構成嚴重威脅。盡管已鑒定出 100 多個抗灰斑病的 QTL，但成功克隆的基因寥寥無幾。賴志兵團隊鑒定出一個主效 QTL，qRglsSB，能解釋 58.42% 的表型變異，并通過精細定位將區域縮小至 928 kb。研究證實，編碼RD細胞壁相關激酶的ZmWAK02基因是 qRglsSB 的抗性基因。轉基因株系和互補株系的實驗結果表明，ZmWAK02基因的滲入雜交系在 GLS 侵染下能顯著提高產量，且不影響非侵染條件下的產量。

      這項研究不僅克隆了一個具有抗 GLS 效應的基因 ZmWAK02，還證實了其在玉米育種中的巨大價值。ZmWAK02 基因的發現，為提高玉米對灰斑病的抗性提供了新的分子工具，有望在玉米育種中得到廣泛應用。

      研究背景指出，玉米作為全球重要作物，易受病害影響，導致產量和質量下降。控制病害的最佳方法是種植抗病玉米雜交種，而克隆抗性基因是實現這一目標的關鍵。盡管對玉米抗病性的研究已有不少進展，但與水稻和小麥等作物相比，克隆的玉米抗性基因數量有限。

      灰斑病（GLS）是全球主要的玉米病害之一，產量損失可達 11% 至 69%。自 1925 年首次報道以來，GLS 已蔓延至多數玉米種植區，成為限制玉米產量的重要病害。遺傳分析顯示，GLS 抗性是數量性狀，具有加性遺傳。目前，已報道 100 多個針對 GLS 的抗性QTL，但克隆的基因較少。

      植物先天免疫包括模式觸發免疫（PTI）和效應觸發免疫（ETI）。WAK 蛋白作為 PTI 的一部分，有助于基礎抗性。研究表明，WAK 蛋白在 ETI 中也發揮作用。WAK 蛋白根據激酶結構域中精氨酸（R）殘基的存在與否，分為 RD WAK 和非 RD WAK 兩個亞組。RD WAK 通常與生長發育有關，非 RD WAK 則在抗病性方面發揮作用。

      本研究鑒定了 GLS 的主要抗性 QTL：qRglsSB，并克隆了該 QTL。qRglsSB 位于 bin 1.06 中，包含 12 個候選基因，其中編碼 WAK 的三個基因（ZmWAK02、ZmWAK03 和ZmWAK04）被選為最佳候選基因。轉基因實驗結果表明，只有含有ZmWAK02的轉基因植物表現出對 GLS 的抗性表型。

      ZmWAK02 編碼 RD WAK，與作物中大多數編碼非 RD WAK 的抗性 WAK 基因不同。研究還發現，ZmWAK02 基因的滲入雜交系能在 GLS 侵染下顯著提高產量，且不影響非侵染條件下的產量。

      綜上所述，本研究克隆了一個具有抗 GLS 效應的基因ZmWAK02，并證實了其在玉米育種中的巨大價值。這一發現為提高玉米對灰斑病的抗性提供了新的分子工具，有望在玉米育種中得到廣泛應用。

      原文鏈接：//doi.org/10.1111/nph.19465