科學家找到馬尾松抵御松材線蟲病的抗性新基因

當前松樹產業面臨嚴峻的松材線蟲病危害。中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所研究員周志春團隊基于松脂和松材線蟲病抗性關系方面開展了多項研究。

馬尾松林。中國林科院亞林所供圖

近日，該團隊證實了3個萜類合成基因和1個細胞色素合酶基因在馬尾松對松材線蟲病的防御過程中起重要作用。相關研究成果在線發表于《國際分子科學雜志》（International Journal of Molecular Sciences）。

我國馬尾松面積約804萬公頃，年產松脂50萬～70萬噸，占全國松脂總量的70%以上。據國家林業和草原局公告（2022年第6號），松材線蟲病目前已擴散至19個省（區、市），危害松林面積約200萬公頃，病死株約2000萬株。危害樹種也由馬尾松、黑松逐漸向北擴散到油松、紅松、落葉松等樹種上，其中馬尾松占比90%以上，損失上千億元。

植物在遇到病蟲害等威脅時，可以像動物一樣啟動先天免疫系統，其中抗病（R）基因對病原物進行識別，以激活兩類免疫反應使植物產生抗性。其中最大的一類是含有核苷酸結合位點（NBS）和亮氨酸重復序列（LRR）的NBS-LRR基因，而馬尾松NBS-LRR相關基因研究缺乏。

該研究首次對馬尾松莖轉錄組中的NBS-LRR基因家族進行了鑒定、分組和結構分析，共鑒定出507個含有NBS結構域的抗病基因，分為8個亞類。他們發現，位于細胞膜上的PmNBS-LRR97基因參與了對松材線蟲病的防御反應，其在松材線蟲侵染后顯著上調，且在莖中高表達，并可通過激活活性氧相關基因的表達，促進活性氧大量產生，有助于馬尾松抑制對松材線蟲病的感染。

該發現鑒定了馬尾松抗松材線蟲病的抗性新基因，為構建馬尾松分子設計育種體系提供了理論依據，為培育馬尾松抗松材線蟲病新品種奠定了研究基礎，有助于推進我國松樹育種水平從常規育種時代邁進分子設計育種時代。

解懿妮博士研究生為第一作者，研究員周志春和劉青華為通訊作者。研究得到浙江省重點研發計劃、國家自然科學基金、浙江省農業新品種選育科技重大專項和江西省林業局林業科技創新專項的資助。

相關論文信息：https://doi.org/10.3390/ijms24031812。