科學家揭示小麥抗白粉病和條銹病基因新模式

第二項植物已進化出多樣化的免疫受體以抵御病原體侵害，其中NLR蛋白構成了最大且最為普遍的一類植物免疫受體。科研人員在小麥上已克隆出多個具有CC-NBS-LRR結構域的NLR類抗病基因，絕大多數情況下，單一的NLR抗病蛋白即可提供抗病性。

6月9日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員劉志勇領銜的植物免疫團隊和合作者，在《自然-遺傳學》（Nature Genetics）以“背靠背”形式發表了兩篇研究論文，分別發現野生二粒小麥來源的抗白粉病基因MlIW170/Pm26和抗條銹病基因YrTD121均是由兩個NLR決定的小麥抗病性遺傳調控新模式。

第一項研究中，研究人員通過圖位克隆和PacBio HiFi長讀長測序發現，TdCNL1編碼了具有鉀依賴性鈉鈣交換器整合結構域（新型ID）的非典型CNL蛋白，而TdCNL5編碼一個典型的CNL蛋白。突變體和病毒誘導基因沉默實驗表明，TdCNL1或TdCNL5基因功能喪失或基因沉默均導致抗性喪失。遺傳轉化實驗表明，單獨轉入TdCNL1或同時轉入TdCNL1/TdCNL5的轉基因植株表現出抗性，而僅含有TdCNL5的轉基因植株則表現感病，揭示了TdCNL1和TdCNL5在小麥白粉病抗性中呈現功能互補性。

第二項研究中，研究人員通過圖位克隆和PacBio HiFi長讀長測序發現，TdNLR1編碼一個典型的NLR蛋白，而TdNLR2編碼一個缺失CC結構域非典型的NLR蛋白。突變體、病毒誘導基因沉默、轉基因和基因編輯敲除實驗表明，以“頭對頭”方式排列的基因TdNLR1和TdNLR2都是YrTD121介導的條銹病抗性所必需的。

野生二粒小麥是普通小麥的野生祖先種，經歷了長期復雜的環境演變，積累了豐富的遺傳多樣性，蘊含多樣化的抗病基因。野生二粒小麥來源的抗白粉病基因MlIW170/Pm26和抗條銹病基因YrTD121僅存在于少數野生二粒小麥種群中，沒有參與小麥的馴化和普通小麥的進化過程。研究團隊通過將野生二粒小麥與普通小麥高產品種進行雜交和連續回交，經過分子標記輔助選擇，已經創制出攜帶MlIW170/Pm26和YrTD121的高產抗病新種質，研究結果為培育廣譜多抗小麥新品種提供了重要基因資源和理論基礎。