找到培育抗病虫害植物的关键线索

Published 12 Jun.2023 14:33(KST)

揭示DNA甲基化与抗病性的关联关系

韩国研究团队找到了开发对病虫害具有高抗性的植物的线索。

阐明DNA甲基化与病害抗性之间的关联关系。图片由韩国研究财团提供

韩国研究财团12日表示，由Hwang Ildoo 浦项工科大学教授、Noh Taeyoung 梨花女子大学教授、Hwang Daehee 首尔大学教授等组成的研究团队，阐明了植物记忆病原菌侵入并因此产生快速而强烈病害抗性反应的机制。

由于植物一生固定在同一地点完成，因此具备对多种胁迫的抗性对其生存极为重要。为此，植物在进化过程中学会了记忆此前病原菌的攻击，并在之后触发更迅速、更强有力的防御反应。

植物为此采用了一种在不改变DNA碱基序列的情况下，将基因表达调控和改变状态进行遗传的“表观遗传学”方式。这意味着后天环境会影响基因的表达。然而，关于基因区域DNA甲基化的作用，此前尚未得到明确阐明。所谓DNA甲基化，是指在DNA碱基上附着抑制基因表达的代谢物“甲基基团”的现象，是调控基因表达的一种化学修饰形式。

研究团队推测，在病原菌攻击记忆与防御反应中，植物会通过DNA甲基化来调控基因表达，并据此开展研究。首先，为确认DNA甲基化与植物病害抗性之间的关联，他们在相关植物突变体中测定了病害抗性。结果发现，在基因区域DNA甲基化水平降低的植物中，对病原菌表现出较高的抗性。研究还确认，这类DNA甲基化发生变化的基因群包含了对胁迫作出反应的基因。此外，这些基因具有区别于其他基因的染色质特性：在基因区域DNA甲基化减少的基因中，病原菌侵入时其基因表达大幅上升。研究团队还发现，这种DNA甲基化在多个植物群体中呈现出多样化的甲基化水平。

Hwang Ildoo 教授表示：“我们证明了此前功能不明确、只以假说形式存在的基因区域DNA甲基化与基因表达调控相关”，并称“今后将通过利用表观遗传学调控来提高病害抗性，集中开展环保、无农药且增产作物的开发工作”。