东北农业大学研究生，东北农业大学研究生院
番茄灰叶斑病由番茄匍柄属菌S. lycopersici引起，是影响番茄生产较为严重的病害之一 （图1） 。选育高抗灰叶斑病番茄新品种是防止该病害的最有效途径。来源于野生番茄 Solanum pimpinellifolium的Sm是目前所知的唯一一个高抗灰叶斑的抗病基因，该抗病基因已被转入栽培品种Motelle并广泛用于抗病品种的选育。先前研究已经将Sm定位在番茄11号染色体上。然而，该基因尚未被克隆，限制了该基因在番茄育种上的应用。
Fig. 1 Symptoms of GLS disease in tomato plants.
近日，东北农业大学李景富教授带领的番茄遗传育种团队采用图位克隆的策略克隆了该抗病基因，相关结果以The Sm gene conferring resistance to gray leaf spot disease encodes an NBS-LRR (nucleotide binding site-leucine-rich repeat) plant resistance protein in tomato为题发表在国际著名的分子育种杂志Theoretical and Applied Genetics上。
研究人员使用抗病品种Motelle和易感品系Moneymaker杂交的F 2 群体，将Sm定位在番茄第11号染色体的一个160 Kb的基因组区间内。该区间内鉴定出一个NBS-ARC类型的抗病基因NBS-Sm （Solyc11g020100） ，在该基因的开放阅读框上 (ORF) 发现有三个非同义突变 (S394R, E722K 和L782I)（图2） 。其中，S394R 突变位于NBS-ARC的WHD区, 另外两个突变均在该基因编码蛋白的LRR 结构域 （图3）。 通过蛋白序列比对分析推测， 394位氨基酸 （AA394） 可能是影响NBS-Sm和其他NBS-LRR蛋白发挥抗病作用中关键位点。在番茄抗病品种Motelle中的NBS-Sm和其他已报道的NBS-LRR同源蛋白中，AA394位点一般是带正电的氨基酸 （精氨酸R或赖氨酸K） ，而在感病材料易感品系Moneymaker上，该位点是非带电荷丝氨酸 （S） 。这些分析暗示感病栽培番茄品种中的NBS-Sm的功能缺失的，这一假设与Sm赋予的显性遗传抗性相一致。进一步的基因沉默实验显示，将抗病品种Motelle中的NBS-Sm沉默后，其抗病性显著降低，确证了NBS-Sm就是赋予Motelle高抗灰叶斑病的抗病基因。
Fig. 2 Genetic and physical maps of the Sm gene.
Fig. 3 Relative expression levels of R genes.
Sm基因的克隆将会加速其在番茄抗病育种中的应用，同时也推动对番茄灰叶斑病抗病机制的认知。东北农业大学园艺园林学院杨欢欢博士为该论文的第一作者，博士研究生王鹤璇为并列第一作者，已毕业硕士研究生刘明月参与了该工作；美国明尼苏达大学杜敏敏博士、东北农业大学园艺园林学院王傲雪教授和许向阳研究员为该文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金青年基金, 黑龙江省“百千万”工程科技重大专项课题及中国博士后科学基金面上项目 的资助。
论文链接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04047-6
东北农业大学研究生(东北农业大学研究生院)