基于全基因组关联分析及CrRLK1L家族的进化研究，发现BnCrRLK1L1_5是油菜（Brassica napus）对核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）抗性的正向调控因子

《BMC Plant Biology》：Genome-wide association study and evolutionary analysis of the CrRLK1L family reveal BnCrRLK1L1_5 as a positive regulator of Sclerotinia sclerotiorum resistance in Brassica napus

　　

摘要

背景

由坏死性病原体 Sclerotinia sclerotiorum 引起的核盘菌茎腐病对油菜（Brassica napus）构成了严重威胁，导致全球范围内产量大幅损失和经济损失。尽管受体样激酶（尤其是 Catharanthus roseus 的 RLK1 家族成员 CrRLK1L）在植物免疫和发育中起着关键作用，但它们在油菜抵抗 Sclerotinia sclerotiorum 中的作用及进化动态仍大部分有待研究。

结果

通过全基因组关联分析（GWAS），我们确定了 BnCrRLK1L1_5（一种 CrRLK1L 家族成员）作为抵抗 Sclerotinia sclerotiorum 的候选基因。为了了解其进化背景，我们对三种 Brassica 物种的 CrRLK1L 家族进行了全基因组分析和系统发育分析，发现该家族的多样性主要由全基因组复制和基因丢失驱动。然而，关键功能域（如 malectin 类和激酶结构域）高度保守。进一步分析 cis 元素以及在 Brassica napus 中鉴定出的六个 BnCrRLK1L1 同源基因表明它们可能具有功能冗余，并在介导应激响应中发挥广泛作用。转录组分析显示，在接种病原体后，抗性基因型中 BnCrRLK1L1_5 的表达显著增强。使用 Arabidopsis 中的同类基因 FERONIA（FER）的突变体 fer-4 进行的功能研究显示，该基因会导致对 Sclerotinia sclerotiorum 的敏感性增加。此外，在 fer-4 背景下补充 BnCrRLK1L1_5 可使抗性恢复到超过野生型的水平，表明 BnCrRLK1L1_5 与 FER 在功能上具有保守性。在 N. benthamiana 的叶片中，BnCrRLK1L1_5 与 BAX 的共表达显著减少了细胞坏死和离子泄漏，表明 BnCrRLK1L1_5 具有抑制细胞死亡的作用。此外，蛋白质-蛋白质相互作用网络分析预测了 BnCrRLK1L1_5 与关键蛋白（包括 BnCrRLK1L1_4、PTM9、RALF23 和 Ferritin 4）之间的相互作用。这些发现表明，BnCrRLK1L1_5 通过调节细胞壁完整性、氧化应激和免疫信号传导来调节抗性。

结论

总体而言，这项研究阐明了 CrRLK1L 家族的动态进化过程，并确定了 BnCrRLK1L1_5 作为抵抗 Sclerotinia sclerotiorum 的关键调控因子。涉及免疫信号传导和细胞死亡调控的潜在机制为提高油菜及其他作物的抗病性提供了重要见解。