北京市農(nóng)林科學(xué)院解析鈣網(wǎng)蛋白參與白菜干燒心病抗性的分子機制

近日，北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心張鳳蘭課題組在《Plant，Cell & Environment》在線發(fā)表了題為“Natural variation in a calreticulin gene causes reduced resistance to Ca2+deficiency-induced tipburn in Chinese cabbage （Brassica rapa ssp. pekinensis）” 的研究論文。該研究分析了鈣網(wǎng)蛋白BrCRT2（Calreticulin2）在大白菜干燒心抗性中的作用，闡述了BrCRT2 參與植物胞質(zhì)Ca2+濃度調(diào)控的新機制。

大白菜干燒心病是由于缺鈣引起的生理性病害。目前生產(chǎn)上應(yīng)用的大白菜主栽品種均不具抗病性，加之環(huán)境或栽培管理不當(dāng)?shù)炔焕h(huán)境因素均可導(dǎo)致干燒心大量發(fā)生，嚴重影響大白菜的產(chǎn)量和質(zhì)量。挖掘植物自身抗干燒心基因，培育抗病新品種是解決白菜干燒心發(fā)病的根本途徑。張鳳蘭課題組首先對一個由194 個大白菜高代自交系組成的自然群體在自然栽培條件下進行抗病性狀的評價與鑒定工作。利用4 年的調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)分析，在A06 染色體上定位了一個控制白菜干燒心抗性的QTL；該QTL 進一步在兩個分別由感病×抗病親本配制獲得的DH 群體和F2群體中得到驗證。序列差異比對、分子標記驗證和基因表達差異分析顯示該區(qū)間內(nèi)的鈣網(wǎng)蛋白BrCRT2 是抗病候選基因。氨基酸序列比對顯示在感病親本中，該基因編碼蛋白在其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域有17 個氨基酸的缺失。進一步轉(zhuǎn)基因分析、Ca2+熒光標記和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分離體的鈣離子結(jié)合/外排等試驗證明這17 個氨基酸的缺失會導(dǎo)致該蛋白鈣離子結(jié)合能力下降，從而降低植物應(yīng)對鈣缺乏脅迫的能力，最終導(dǎo)致干燒心病的發(fā)生。該研究通過解決這些問題，探索白菜干燒心病抗性的分子機理，為干燒心抗病分子育種提供理論依據(jù)。

北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心蘇同兵副研究員為論文第一作者，于拴倉研究員和張鳳蘭研究員為通訊作者。相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金和國家重點研發(fā)計劃等項目的資助。 （BioArt 植物）