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(xué)Beat Keller團(tuán)隊(duì)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(gè)激酶-MCTP蛋白。研究表明，該基因通過可變剪切產(chǎn)生兩個(gè)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(gè)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(jī)制的額外且獨(dú)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(shí)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(xì)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(shí)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(gè)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(gè)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(dǎo)致了一些細(xì)胞死亡。隨后通過MutChromSeq方法對18個(gè)pm4b突變體進(jìn)行測序，克隆了pm4b基因?yàn)锳ET2Gv21296200，該基因有兩個(gè)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(gè)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(gè)C2C結(jié)構(gòu)域，而Pm4b_V2的C端具有兩個(gè)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(xì)胞定位實(shí)驗(yàn)表明Pm4b_V2可能通過形成與ER相關(guān)的復(fù)合物而將Pm4b_V1從細(xì)胞質(zhì)中募集到ER。

進(jìn)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(gè)全長cDNA穩(wěn)定地共轉(zhuǎn)化，研究發(fā)現(xiàn)兩個(gè)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(shí)存在才行，與上述突變體分析相符。進(jìn)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(gè)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(jià)值的基因，可用于抗病育種，因?yàn)镻m4等位基因?qū)闹袊兔绹冉?jīng)濟(jì)相關(guān)的小麥種植地區(qū)的Bgt分離株有抗性。