新型小麥抗白粉病基因Pm4被鑒定

（2021.3.12 iPlants）

2021年3月11日，Nature Plants雜志在線發(fā)表了瑞士蘇黎世大學Beat Keller團隊題為“Wheat Pm4 resistance to powdery mildew is controlled by alternative splice variants encoding chimeric proteins”的研究論文。該研究通過MutChromSeq方法克隆了小麥白粉病抗性基因Pm4b，該基因編碼一個激酶-MCTP蛋白。研究表明，該基因通過可變剪切產(chǎn)生兩個具有不同結(jié)構(gòu)域的同源異構(gòu)體，兩者能相互作用并定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。此外，兩個同源異構(gòu)體都對小麥抗白粉病是必需的。因此，該研表明揭示了主要作物中種群特異性抗性機制的額外且獨特的分子基礎(chǔ)。

白粉病是由真菌中的白粉菌科白粉菌引起的植物病害。白粉菌為外寄生性，菌絲體暴露在寄主植物的葉，莖，嫩梢，芽，花，花蕾和果實的表面，并產(chǎn)生大量由菌絲體，分生孢子梗和分生孢子構(gòu)成的肉眼可見的白色粉狀物。白粉病是植物中一種最常見，最普遍的世界性真菌病害，包括約500種白粉菌細菌種危害10000種不同植物物種。受感染葉片枯黃，花蕾移位，果實開裂等，給農(nóng)作物生產(chǎn)，園藝和林木工業(yè)造成巨大的損失。因此克隆植物體內(nèi)抗白粉病的基因就顯得尤為重要。

串聯(lián)激酶蛋白（tandem kinase protein， TKP）含有兩個激酶結(jié)構(gòu)域，是在麥類作物（小麥和大麥）中發(fā)現(xiàn)的一種新類型的抗病基因。目前從麥類作物中已經(jīng)克隆到的串聯(lián)激酶基因有大麥抗稈銹病基因Rpg1，大麥抗散黑穗病基因Un8，小麥抗條銹病基因Yr15、小麥抗稈銹病基因Sr60和小麥抗白粉病Pm24。

該研究首先在小麥Federation品種中的Fed-Pm4a和Fed-Pm4b品系中評估兩個Pm4等位基因的抗性譜，研究發(fā)現(xiàn)兩者主要在病菌穿透前水平上賦予了快速起作用的抗性，但也導致了一些細胞死亡。隨后通過MutChromSeq方法對18個pm4b突變體進行測序，克隆了pm4b基因為AET2Gv21296200，該基因有兩個可變剪切體Pm4b_V1和Pm4b_V2，并發(fā)現(xiàn)兩者對小麥抗白粉病都是必需的。

研究發(fā)現(xiàn)，Pm4b_V1和Pm4b_V2蛋白共享前五個外顯子，編碼具有絲氨酸/蘇氨酸特異性的激酶結(jié)構(gòu)域，但它們的C末端不同。Pm4b_V1的C端具有單個C2C結(jié)構(gòu)域，而Pm4b_V2的C端具有兩個PRT_C結(jié)構(gòu)域并偶聯(lián)C2D結(jié)構(gòu)域。此外，Pm4b_V1和Pm4b_V2還能相互作用，并通過細胞定位實驗表明Pm4b_V2可能通過形成與ER相關(guān)的復合物而將Pm4b_V1從細胞質(zhì)中募集到ER。

進一步，該研究為了測試克隆的Pm4b候選基因是否足以賦予對小麥白粉病的抗性，將Bgt96224易感小麥品種'Bobwhite S26'與Pm4b_V1和Pm4b_V2的兩個全長cDNA穩(wěn)定地共轉(zhuǎn)化，研究發(fā)現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)錄本的轉(zhuǎn)化，可以賦予對小麥白粉病的抗性，并且要是兩者同時存在才行，與上述突變體分析相符。進化分析表明在各種小麥屬物種中編碼完整的全長Pm4_V1-和Pm4_V2-like蛋白的18個Pm4同源物。Pm4同源物存在于黑麥和大麥的同源2組染色體上，以及在二倍體，四倍體和六倍體小麥的A，B和D基因組上。而且，'中國春'?的小麥參考基因組序列中不存在Pm4，完全沒有Pm4等位基因或同系物。研究分析表明Pm4可能是絲氨酸/蘇氨酸激酶與MCTP家族成員的C端部分之間的基因融合事件所致。

綜上所述，Pm4是一種有價值的基因，可用于抗病育種，因為Pm4等位基因?qū)闹袊兔绹冉?jīng)濟相關(guān)的小麥種植地區(qū)的Bgt分離株有抗性。