Hortic Res | 二倍体和八倍体草莓MLO基因家族的进化分析初步揭示草莓白粉病抗性基因

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草莓白粉病是一种由羽衣草单囊壳(Podosphaera aphanis)侵染引起的真菌病害，严重影响草莓叶片、花和果实等器官的发育，已成为危害我国草莓生产的主要病害之一。诱导特定的MLO基因丧失功能后，可以对白粉病保持高效、广谱且持久的抗性。尽管，MLO基因家族成员的遗传多样性已在多种植物中得到了广泛的研究，但在栽培草莓中它对白粉病的作用机制尚不清楚，阻碍了栽培草莓抗白粉病品种的选育。因此，挖掘与栽培草莓白粉病抗性相关的MLO基因并揭示其抗性机制具有重要的意义。
近日，Horticulture Research 在线发表了美国弗罗里达大学园艺系题为Evolution of the MLO gene families in octoploid strawberry (Fragaria ×ananassa) and progenitor diploid species identified potential genes for strawberry powdery mildew resistance的研究论文。
该研究作者首先分别在5个草莓基因组（4个二倍体草莓基因组和1个八倍体草莓基因组）中鉴定MLO基因家族成员，发现在二倍体森林草莓中有20个MLO同源基因，而在八倍体栽培草莓中有68个。系统发育分析结果显示二倍体和八倍体草莓中MLO基因被划分为8个进化支系，其中3个FveMLO (MLO10、MLO17和MLO20)及其12个同源基因与具有易感白粉病功能特征的MLO基因都聚类在分支V。

图1 草莓与相关作物MLO基因家族的系统发育分析

此外，拷贝数的变化揭示了在八倍体草莓的进化过程中同源染色体间MLO组成的差异，并印证了每个亚基因组不同的起源。利用Pacbio测序技术进行重测序，发现了FaMLO候选基因的基因组序列和结构的变化，从而揭示了它们在草莓抗白粉病遗传控制和功能方面的潜在作用。随后，以4份接种白粉病孢子且感染的草莓叶片为材料，通过荧光定量法评估候选基因的功能，结果显示FaMLO候选基因均具有易感草莓白粉病的特征。

图2 FaMLOs与草莓白粉病易感性的关系

为进一步验证候选基因的功能，作者构建了3组RNAi载体(FaMLO10-RNAi、FaMLO20-RNAi、FaMLO10:FaMLO20-RNAi)，并在易感材料“Sensation®Florida127”中进行瞬时表达，结果显示，与对照组相比，处理组中FaMLO10和FaMLO20基因的表达水平降低50%以上，且受试植株的感染数及感染率也显著下降。以上这些结果表明FaMLO10和FaMLO20基因在草莓对白粉病病原菌的敏感性中发挥了重要作用。

图3 FaMLO10和FaMLO20基因的瞬时沉默表达

MLO基因家族是许多农业作物抗白粉病的重要靶点。本研究是了解草莓MLO基因家族等位基因功能的关键前提，有助于未来的深入研究，从而更好地了解它们在草莓白粉病抗性中的作用。此外，这些MLO基因在抗病和易感品种间存在序列差异，可为今后利用基因编辑技术进行功能鉴定提供可能的靶点，为创制草莓白粉病抗性新种质提供基础。

文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41438-021-00587-y