The Crop Journal | 四川农大揭示小麦异分支酸合酶参与SA合成和调控小麦赤霉病抗性机制

水杨酸（salicylic acid，SA）是一种重要的植物内源激素，可激活植物自身系统获得抗性，在植物抗病性中发挥关键作用。异分支酸代谢途径是植物中SA合成的主要途径，异分支酸合酶（isochorismate synthase，ICS）为该途径的关键限速酶。ICS活性缺失可导致植物SA合成受阻，减缓生长发育和降低抗病性。小麦赤霉病近年严重威胁我国小麦的产量和品质，课题组前期研究发现SA可有效抑制小麦赤霉病致病菌的生长和致病性。但受限于小麦基因组复杂，其SA合成和调控途径一直未有完善的研究。

近日，四川农业大学小麦研究所在The Crop Journal在线发表了题为“Investigating the mechanisms of isochorismate synthase: An approach to improve salicylic acid synthesis and increase resistance to Fusarium head blight in wheat”的研究论文，作者通过分析小麦中三个同源异分支酸合酶（TaICSA、TaICSB和TaICSD）的生物学功能，探讨了小麦中SA合成和调控的途径。

研究者通过CAS嗜铁素检测和体外酶活检测，证实小麦中存在TaICSA、TaICSB和TaICSD蛋白在叶绿体中将分支酸异构为异分支酸，并参与SA合成（图1）。借助“Cadenza”的Tilling突变体库构建ICS缺失突变体系进一步证实TaICSA、TaICSB和TaICSD在小麦SA合成和赤霉病抗性中起重要作用（图2）。对ICS突变体系进行转录组分析（图3），挖掘出37个预测编码苯丙氨酸解氨酶，推测其可弥补因ICS缺失导致的SA合成受阻（图3）。82个WRKY和MYB家族转录因子在调控ICS表达中起重要作用。RT-PCR和qPCR结果进一步证实上述基因ICS酶缺失突变体系中存在差异表达。过表达TaICSA可显著增强小麦穗部SA合成和赤霉病抗性，并影响WRKY和MYB家族转录因子的表达（图4）。研究结果可为定向改良小麦穗部SA含量和调节赤霉病抗性提供重要参考基因资源。同时，ICS突变体系是进一步研究SA参与小麦赤霉病抗性机制挖掘的重要研究材料。

四川农业大学小麦研究所张亚洲博士为该文第一作者，魏育明教授为通信作者。该研究得到国家自然科学基金项目（3210170116）和四川省科技厅项目（2022YFSY0035）的资助。该团队长期开展小麦与赤霉病致病菌互作机制研究，以及小麦抗赤霉病新基因资源挖掘与利用。