摘要：小麦作为全球重要口粮，约五分之一的小麦产量因病虫害而损失。培育持久抗病品种是小麦改良计划的核心目标。由于普通小麦（Triticum aestivum）拥有庞大复杂的基因组（约15 Gb），使得传统图位克隆方法难以有效开展。20世纪90年代末和21世纪初的小麦基

以下文章来源于BioArt植物，作者BAP

小麦作为全球重要口粮，约五分之一的小麦产量因病虫害而损失。培育持久抗病品种是小麦改良计划的核心目标。由于普通小麦（Triticum aestivum）拥有庞大复杂的基因组（约15 Gb），使得传统图位克隆方法难以有效开展。20世纪90年代末和21世纪初的小麦基因克隆往往需要耗时数年，十年甚至更长时间。

近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王亚军研究团队联合沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的Simon Krattinger团队和Brande Wulff团队在Nature Communications发表了题为“An optimized disease resistance gene cloning workflow for wheat”的研究论文。该研究建立了一套整合EMS诱变、快速育种技术（Speed breeding）与MutIsoSeq技术的高效小麦抗病基因克隆体系（图1），利用这一体系，作者在3平米的温室空间内，用时179天从头克隆了小麦秆锈病抗性基因Sr6。

1. 小麦抗病基因快速克隆方案体系示意图

该研究以克隆普通小麦秆锈菌（Puccinia graminis f. sp. tritici，Pgt）抗性基因Sr6为目标，验证了实验体系的可行性。小麦品种WL711及其两个近等基因系TA5602和TA5605均携带小麦秆锈病抗性基因Sr6。四叶期接种Pgt菌株H3（Pgt-H3）显示，三个品系均表现为免疫（图2a）。研究人员对TA5602和TA5605进行了EMS诱变，并将EMS处理种子高密度（15粒/64 cm²孔）播种，这种条件下多数单株仅产生一个有效分蘖，因而收获的大多数麦穗都可以代表一个独立的M2家系。将收获的M2麦穗进行整体播种，三周后接种小麦秆锈菌并筛选感病突变体。感病突变体经第二次接种确认后，采集叶片样品进行RNA-Seq。从筛选得到的98个感病突变体中选取了10个进行RNA-Seq（图2b），并对野生型TA5602进行全长转录本测序（Iso-Seq）。通过MutIsoSeq分析，发现仅有一个转录本（transcript/1805）在所有10个突变体中均携带EMS诱导的点突变。该转录本编码一个NLR抗病蛋白，该蛋白具有一个N端卷曲螺旋（CC）结构域和一个锌指BED结构域（BED-NLR），所有EMS突变均导致BED-NLR氨基酸替换或截短。

此外，该研究对筛选得到其它88个感病突变体进行Sanger测序验证，87个突变体的BED-NLR均检测到错义或无义突变（图2c）。利用三个携带了Sr6的小麦材料TA5605、Red Egyptian和McMurachy，分别进行了病毒诱导的BED-NLR基因沉默，结果均可以导致植物对小麦秆锈菌Pgt-H3的抗性降低（图2d）。利用CRISPR敲除小麦品种Fielder中的BED-NLR基因同样导致了该品种对Pgt-H3抗性的丧失（图2e）。Sr6抗性具有典型的温度敏感性。实验证实，携带BED-NLR的TA5605等小麦材料在20°C时对Pgt-H3表现为高抗，26°C时抗性丧失；而它们对Sr6的毒性菌株Ug99-PTKST在20°C和26°C时均表现为感病（图3）。上述证据共同证实BED-NLR即为Sr6。

2. 小麦秆锈病抗性基因Sr6的克隆及功能验证

历史上，Sr6在上世纪50年代北美麦区小麦秆锈菌毒性小种15B大流行中发挥了关键作用。据文献报道，在1950年，小麦秆锈菌的变异、抗性品种的缺失以及当年特殊的天气条件可能共同导致了小麦秆锈病的大规模暴发。在病害流行中，小麦品系McMurachy作为田间发病地块中的唯一一株抗病植株被加拿大农场主J. McMurachy发现，并以发现者的姓氏命名。接下来几年间，育种家利用McMurachy育成了第一个携带Sr6的商业化品种Selkirk，并迅速成为当时的主栽品种，有效控制了病害流行。值得注意的是，21世纪初由于小麦秆锈病抗性基因Sr31丧失抗性导致的小麦秆锈菌Ug99菌株在非洲大陆的大范围流行也凸显发掘和利用抗病基因紧迫性和重要性。通过克隆抗病基因构建“锈病抗性基因图谱”，结合知识导向的育种策略，将有助于规避抗性失效风险，保障全球小麦生产安全。

3. 小麦秆锈病抗性基因Sr6介导温度敏感型抗性

中国科学院分子植物科学卓越创新中心王亚军研究员为该论文的第一作者和共同通讯作者，沙特阿卜杜拉国王科技大学Simon Krattinger教授为论文共同通讯作者，Brande Wulff教授及其团队成员为该论文提供了重要指导和帮助。该研究得到了国家重点研发计划等项目的资助。

论文链接：

中国科学院分子植物科学卓越创新中心王亚军研究团队拟招聘一名博士后开展新型串联激酶融合蛋白抗病蛋白介导大麦对小麦白粉病非寄主抗性的课题研究。该课题利用团队特有的超感小麦白粉菌的大麦实验品种，通过杂交构建重组自交系进行QTL定位，利用F2群体进行目标基因的精细定位，对抗病亲本进行染色体水平的基因组组装并利用多组织RNAseq数据进行基因注释，最终将抗病基因锁定为一个融合了凝集素类结构域的串联激酶基因，目前小麦及大麦的转基因转基因互补实验正在进行中，抗病材料的EMS群体已经完成构建，待筛选（以上QTL定位、精细定位、基因组测序等近10年的数据均未发表）。现诚邀有志于相关研究的博士后主持开展研究工作，有意者敬请联系王亚军研究员（yjwang@cemps.ac.cn），课题组详细介绍请见如下链接：

来源：新浪财经