摘要：2025年3月3日，北京大学现代农业研究院陈时盛团队与合作者在Plant Communications期刊上发表题为“Wheat gene Sr8155B1 encodes a typical NLR protein that confers resistan

2025年3月3日，北京大学现代农业研究院陈时盛团队与合作者在Plant Communications期刊上发表题为“Wheat gene Sr8155B1 encodes a typical NLR protein that confers resistance to the Ug99 stem rust race group”的文章。该研究成功克隆了来源于硬粒小麦（T. durum）的抗秆锈病新基因Sr8155B1并转育该基因到普通小麦。

研究背景

小麦秆锈病是由秆锈菌（Puccina graminisf. sp.tritici）引起的一类气传性真菌病害。1998年以来，高毒性菌株Ug99及其变种在全球多个国家和地区，特别是非洲地区造成了严重产量和经济损失。2024年，在南亚的尼泊尔发现了Ug99变种TTKTT，严重威胁东亚地区小麦安全生产。尽管目前已经有一些抗Ug99的基因被克隆，但能够提供免疫或近免疫抗性的基因非常罕见。克隆、利用真正有效的抗秆锈病基因，培育抗病小麦品种是控制该病害最经济、环保的措施。

研究内容

团队前期通过抗谱分析，证明来源于硬粒小麦8155-B1的抗秆锈病基因Sr8155B1对14个秆锈菌生理小种中的12个具有免疫或近免疫抗性，其中包括Ug99的变种TTKTT、TTTSK、TTKSF+和TTKST。为了克隆该基因，本研究利用4600株F2分离群体对基因进行精细定位，将Sr8155B1定位到6AS染色体0.03 cM区间内，对应四倍体参考基因组（Svevo v1.0）的物理区间为295 kb，包含6个候选基因。随后，为了获得抗病亲本8155-B1候选区间的物理图谱，利用PacBio Revio HiFi测序纯合家系PKU81并进行基因组组装（contig N50 = 6.51 Mb）。利用连锁和共分离的标记调取得到一个7,685,982 bp的contig，包含Sr8155B1的物理区间，对应的候选区间也只有6个基因，其中仅有1个基因CNL1编码典型的CC-NBS-LRR蛋白（图1B）。

本研究还证明抗性基因Sr8155B1受秆锈菌诱导上调表达（图1F）。通过蛋白序列比对发现，Sr8155B1与大多数小麦中同源蛋白相似性低于93%，部分小麦同源蛋白相似性高于96.8%，差异氨基酸主要集中在LRR结构域。利用已公布基因组以及大量外显子组测序和重测序数据，发现Sr8155B1的CDS差异2096A （氨基酸 699 E）是特异碱基，并利用该碱基开发了诊断性分子标记。利用该诊断标记对316份二倍体、四倍体和六倍体小麦进行检测，发现均没有PCR扩增。前人研究（Nirmala et al. 2017）推测PI 681713、Munich、Renville、Lloyd、Rugby、Belzer、Mountrail、和Dilse可能含有Sr8155B1，我们通过诊断性标记检测和全长扩增，证实这些材料确实含有Sr8155B1。Sr8155B1与正式命名的抗秆锈病基因Sr8a和Sr8b（未克隆）都定位到6AS染色体末端区域。本研究通过抗病表型、抗谱分析和序列全长扩增证明Sr8155B1和Sr8是不一样的基因。为了将Sr8155B1利用到普通小麦育种中，我们通过杂交、回交转育，将Sr8155B1成功转移到六倍体小麦中（图1G）。此外，本研究发现Sr8155B1的CC结构域在烟草中能诱导强烈的坏死反应。

综上所述，本研究在四倍体硬粒小麦（T. durum）中成功克隆了一个抗秆锈病新基因Sr8155B1，该基因对Ug99的多个变种有近免疫抗性。该基因被证实与同一区间内的Sr8是不一样的基因。同时本研究也将该基因导入六倍体小麦中，促进了该基因的育种利用，为小麦抗秆锈病育种提供了基因资源和材料基础。

北京大学现代农业研究院陈时盛研究员和中科院遗传发育研究所刘志勇研究员为本文的通讯作者；中科院遗传发育研究所与北京大学现代农业研究院联培博士沈涛、科研助理郝小花、北京大学现代农业研究院助理研究员王桂平为本文的共同第一作者。美国加州大学戴维斯分校的Dr. Wenjun Zhang参与了该项目。该研究得到山东省重点项目（2024LZGC034和2023LZGC022）、山东省自然科学基金项目（SYS202206）等项目的资助。

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来源：永哥的农村生活