3월 28일, 중국과학원 유전학 및 발달 생물학 연구소의 Liu Zhiyong과 베이징 농업 대학의 젊은 교사인 Li Jing이 이끄는 식물 면역 팀은 Science에 "밀 직렬 키나제 및 NLR 쌍이 여러 곰팡이 병원체에 대한 저항성을 부여합니다"라는 제목의 연구 논문을 발표하여 병원체 침입에 저항하는 직렬 키나제의 새로운 면역 메커니즘을 밝혔습니다: 비정형 NLR 단백질 WTN1 (밀 탠덤 NBD) 1) 탠덤 키나제 WTK3과 협력하여 병원성 박테리아의 이펙터 단백질을 인식하여 면역 반응을 자극하고 다양한 밀 곰팡이 질병에 대한 저항성을 입증합니다 이 연구는 직렬 키나제의 작용 메커니즘에 대한 현장의 이해를 돌파하고, 직렬 키나제와 기존 NLR 사이의 시너지적 질병 저항성의 새로운 패러다임을 발견했으며, 식물 직렬 키나제 면역 조절 경로의 격차를 메우고, 광범안전 사이트 스펙트럼, 다중 저항성 작물 품종의 정확한 설계를 안전 사이트 이론 및 응용 기반을 마련했습니다
중국과학원 유전학 및 발생생물학 연구소 부연구원 Lu Ping, 중국과학원 유전학 및 발생생물학 연구소 박사과정 학생 Zhang Gaohua, 베이징 농업대학 Li Jing 박사, 난징 사범대안전 사이트 Gong Zhen 박사가 본 논문의 공동 제1저자입니다 중국과학원 유전학 및 발생생물학 연구소 Liu Zhiyong 연구원, Chen Yuhang 연구원, 난징 사범대안전 사이트 Han Guan 조교수, 중국과학원/Yazhou Bay 국립연구소 유전학 및 발생생물학 연구소 Zhou Jianmin 연구원, Xianghu 연구소 Li Hongjie 연구원, 중국 한림원 유전학 및 발생생물학 연구소 부연구원 Lu Ping Sciences는 공동 교신저자들입니다
탠덤 키나제 단백질(TKP)은 최근 몇 년 동안 밀과 보리에서 발견된 새로운 종류의 질병 저항성 단백질입니다 이들은 직렬로 연결된 두 개 이상의 키나제 도메인으로 구성됩니다 이들은 줄무늬녹병(Yr15)과 잎녹병(Lr)에 각각 저항성을 나타냅니다 9) 줄기녹병(Rpg1, Sr60 및 Sr62), 흰가루병(Pm24, Pm36 및 Pm57), 밀 도열열병(Rwt4) 및 흑수병(Un8)에 대한 저항성은 중요한 육종 가치를 가지고 있습니다 중국과학원 유전학 및 발달 생물학 연구소의 Liu Zhiyong 팀은 이전에 중국 밀 재래종과 야생 엠머 밀의 새로운 직렬 키나제를 암호화하는 광범안전 사이트 흰가루병 저항성 유전자 Pm24(WTK3, Nature Communications, 2020) 및 Pm36(WTK7-TM, Nature)을 복제했습니다 Communications, 2024) 그러나 직렬 키나아제와 같은 새로운 질병 저항성 단백질에 대해서는 직렬 키나아제가 병원성 박테리아 효과기(Avr)를 어떻게 인식하는가와 같은 풀리지 않은 과학적 질문이 많이 있습니다 작물 면역 반응에서 직렬 키나제의 다양한 키나제 도메인이 어떤 역할을 합니까? 어떤 면역 경로를 통해 직렬 키나제가 작물 질병 저항 반응을 활성화합니까?
팀은 흰가루병 저항성 유전자 Pm24(WTK3)의 EMS 돌연변이 유발에 민감한 돌연변이를 스크리닝하여 WTK3 질병 저항성 경로인 WTN1의 핵심 요소를 식별했습니다 WTN1은 WTK3과 밀접하게 연결된 비정형 NLR 단백질입니다 유전자 분석 결과는 WTN1의 존재가 밀가루병에 대한 WTK3 안전 사이트의 핵심임을 보여줍니다 WTK3-WTN1은 센서-실행자 시너지 모드를 통해 안전 사이트 반응을 활성화합니다 놀랍게도 WTK3은 밀흰가루병에 저항성이 있을 뿐만 아니라 밀 도열병 곰팡이 이펙터 PWT4를 인식하고 안전 사이트 반응을 촉발할 수 있어 밀 도열병에 대한 잠재적인 저항성을 보여줍니다
식물 면역학, 생화학 실험, 전기 생리학 실험, 진화 분석 등 다양한 방법을 통해 연구팀은 밀의 WTK3 및 WTN1 유전자가 진화 과정에서 긴밀한 협력 관계를 형성하고 함께 밀이 병원성 박테리아의 침입에 저항하도록 돕는다는 사실을 발견했습니다 특히 WTK3에는 두 가지 중요한 "기능 모듈"이 있습니다 첫 번째 모듈은 슈도키나제 단편(PKF)과 WTK3의 첫 번째 키나제(Kin I) 도메인으로 구성됩니다 그들의 임무는 병원성 박테리아가 방출하는 "공격 신호"(효과기 단백질)를 인식하는 것입니다 두 번째 모듈은 WTK3의 두 번째 키나제(Kin II) 도메인입니다 그 기능은 NLR 단백질 WTN1을 연결하여 "방어팀"을 구성하는 것입니다 병원성 박테리아의 침입을 감지하면 WTK3-WTN1 복합체가 빠르게 활성화되어 이온 채널을 형성하여 칼슘 이온(Ca2+) 유입을 촉진하여 과민 반응과 프로그램된 세포 사멸을 활성화합니다 진화 분석에 따르면 WTK3과 WTN1은 Poa 아과의 진화 과정에서 공동 진화된 것으로 나타났습니다 이전 연구에서 Pm24(WTK3) 유전자가 우리나라 밀 지역 품종의 독특한 유전 자원이라는 사실이 밝혀졌다는 점은 주목할 가치가 있습니다 수년간의 역교배 육종 끝에 연구팀은 Pm24 유전자를 다수의 다수확 밀 섀시 품종에 도입했습니다(그림 2) 생성된 새로운 질병저항성 생식질은 무료로 배포됩니다 국내의 많은 단위에서 내병성 육종 및 활용을 실시하고 있습니다 이러한 연구 결과는 우리나라 밀 주요 산지의 폭넓은 흰가루병 저항성 유전자 자원이 부족한 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다 동시에 밀 도열병 예방 및 통제를 안전 사이트 잠재적인 유전적 장벽을 사전에 구축할 수 있으며 우리나라 농업 및 산업 업그레이드의 지속 가능한 발전에 중요한 이론 및 기술 지원을 제공할 수 있습니다
그림 1 WTK3-WTN1 분자 모듈의 작동 모델
사진 2밀병 저항성 안전 사이트자오후 24시（WTK3) 새로운 고수율 및 질병 안전 사이트 생식질
우리 학교의 젊은 교사인 Li Jing은 2019년부터 이 프로젝트에 참여하여 주로 생화학 및 분자 생물학 실험을 수행하고 생화학적 관점에서 WTN1과 WTK3, PWT4와 Rwt4/WTK3 간의 상호 작용을 분석했습니다 Li Jing은 귀중한 과학 연구 플랫폼과 학습 기회를 제공한 중국과학원 유전학 및 발생생물학 연구소에 감사하다고 말했습니다 유전학 및 발생 생물학 연구소, 중국과학원 및 기타 부서와의 이러한 학교 간 협력은 서로 다른 전공 간의 교차 통합과 단결 및 협력의 강력한 힘을 깊이 느꼈습니다 "학교 간, 직업 간 협력은 주제 연구의 심층적인 돌파구를 촉진할 뿐만 아니라 젊은 과학 연구자들의 학문적 지평을 넓힙니다 '강한 교육 국가 건설의 방침을 구현하고 학교 사업의 고품질 발전을 촉진'하는 주요 주제에 초점을 맞추고 '성공의 해를 만들기 안전 사이트 노력'을 출발점으로 삼아 중국과학원 및 기타 단위와 계속 협력하여 협력의 효과에 대한 심층적인 연구를 수행할 것입니다 병원체에 대한 키나아제 "
이 작업은 국가 핵심 안전 사이트 개발 프로그램, 중국 과학원의 전략적 우선 순위 과학 기술 프로젝트, 국립 자연 과학 재단 및 중국 과학원의 청소년 혁신 촉진 협회의 자금 지원을 받았습니다
