在国家自然科学基金项目（批准号：U1703231）等资助下，华中农业大学棉花遗传改良团队通过群体遗传学、基因编辑和转录组学等研究手段，鉴定到棉花抗枯萎病主效基因Fov7，并发现谷氨酸类受体（GLUTAMATE RECEPTOR-LIKE，GLR）可作为非典型主效抗病基因调控作物免疫反应。研究成果以“谷氨酸类受体一个核苷酸变异为棉花提供枯萎病抗性(A Single-Nucleotide Mutation in a GLUTAMATE RECEPTOR-LIKE Gene Confers Resistance to Fusarium wiltin Gossypiumhirsutum)”为题，于2021年2月19日发表在《前沿科学》（Advanced Science）期刊上。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202002723
尖孢镰刀菌（Fusariumoxysporum）是一种广泛存在的土传病原真菌，其寄主范围广泛，可侵染包括茄科蔬菜、瓜类、棉花、香蕉及花卉等100多种具有重要经济价值的农作物。棉花枯萎病（Fusarium wilt）是由尖孢镰刀菌萎蔫专化型（Fusarium oxysporumf.sp. vasinfectum (Fov) Atk. Sny& Hans）引起的棉花病害，是影响世界棉花生产最严重的病害之一，与黄萎病并称为棉花的“癌症”。
项目利用290份陆地棉栽培种组成的自然群体经过多年新疆棉田鉴定，结合覆盖全基因组的高密度SNP标记对棉花抗枯萎病进行了全基因组关联分析。鉴定到棉花抗枯萎病的主效基因位点Fov7定位在D03染色体1.97-2.37 Mb区间，共包含23个候选基因。分析表明显著性最高的SNP位于一个编码谷氨酸类受体（GLR）基因Gh_D03G0209的编码区，导致该蛋白胞外结构域一个氨基酸变异。蛋白序列的进化分析表明陆地棉具有不同于拟南芥GLR三个家族的第四个亚家族GLR4，Gh_D03G0209属于第四亚家族成员，并将其命名为GhGLR4.8。在高抗枯萎病的棉花品种中抑制GhGLR4.8的表达或通过基因编辑突变GhGLR4.8都使得棉花品种变得极为感病。根据GhGLR4.8在抗病和感病品种中等位基因的SNP变异开发了基于PCR扩增的分子标记，并建立了可区别GhGLR4.8抗病基因型和感病基因型的检测体系，实现了棉花抗枯萎病种质资源的快速筛选与鉴定。
长期以来，由于抗病基因未知、抗病机制不明，我国棉花抗枯萎病育种以传统病圃鉴定为主，影响了种质资源鉴定与育种效率。该研究通过鉴定棉花抗枯萎病主效基因，发现谷氨酸类受体也可作为作物主效抗病基因，并开发了可快速鉴定的分子标记检测体系，完善了作物与病原菌分子互作理论体系，为棉花抗枯萎病分子育种提供了技术支撑。
图1：棉花抗枯萎病基因GhFov7的克隆与鉴定