近日，太阳2王逍冬教授課題組與河南農業大學、寧波大學合作，在植物學國際權威期刊Journal of Experimental Botany（IF 7.298、中科院一區Top、A2類刊物）在線發表了題為“Mapping of Quantitative Trait Loci for Leaf Rust Resistance in the Wheat Population Xinmai 26 ⨯Zhoumai 22”的研究文章。該研究鑒定獲得了新的小麥成株期抗葉銹病QTL位點🥻🧑🏿🚀，為解析NLR類抗病基因的調控機製提供了新的思路🙎🏻🖐。河南農業大學農太阳2博士生侯瑋秀和寧波大學植物病毒研究所博士生逯麒森為論文的共同第一作者；河南農業大學陳鋒教授🩳、任妍副教授，寧波大學羊健研究員和河北農業大學王逍冬教授為共同通訊作者🧏🏿♂️。本研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、河南省重大科技計劃、華北作物改良與調控國家重點實驗室開放課題等項目資助。
由葉銹菌Puccinia triticina (Pt)引起的小麥葉銹病是一種重要真菌病害，嚴重威脅全球小麥生產安全。利用抗葉銹病QTL和基因培育抗病品種是防治小麥葉銹病最經濟安全有效的措施。目前，已有80個正式命名的基因和超過200個抗葉銹病QTL被報道，但僅有8個基因被克隆，其中5個基因編碼NLR類蛋白。NLR類蛋白是植物體內一類重要的抗病蛋白，在感知到效應子後有多種激活和信號轉導機製👱🏿♀️。隨著全球氣候變暖和葉銹菌毒性小種的變異，未來葉銹病可能會造成更嚴重的影響⚗️。因此挖掘抗葉銹病QTL🗝，克隆抗葉銹病基因以及探究抗性基因的調控機製🚼，對抗病品種的培育和防治該病害發生具有重要價值。作者利用由新麥26和周麥22雜交構建的F7高代RIL群體進行QTL定位，基於小麥15K SNP芯片和三年表型數據，共定位到4個重要的葉銹病成株抗性QTL：QLr.hnau-2BS（140.78-157.97 Mb）和QLr.hnau-3BS（66.42-70.87 Mb）來源於周麥22🤩，QLr.hnau-2DS（5.91-11.40 Mb） 和QLr.hnau-5AL（484.10-536.58 Mb）來源於新麥26🤷🏻。其中在三年穩定檢測到的主效QTL位點 QLr.hnau-2BS和QLr.hnau-2DS分別解釋了8.25%-18.15%和9.40%-18.14%的表型變異。另外兩個微效位點QLr.hnau-3BS和QLr.hnau-5AL分別解釋了3.79%-9.40%和5.94%-6.42%的表型變異。利用側翼標記估計4個QTL效應🦙，其中QLr.hnau-2BS的效應最大🧔🏿♂️，能夠使MDS降低12.91%-23.72%🛂🦖。
R基因是植物體內重要的抗病基因，基於中國春數據庫中的基因註釋🤟，從4個QTL所在區間一共篩選出110個R基因作為候選基因。為了驗證這些篩選的基因是否與葉銹病抗性相關，利用本實驗室構建的自然群體，對110個R基因進行測序，將獲得變異位點添加到小麥660K SNP芯片⛏，並利用多年多點的表型數據進行GWAS分析。一共檢測到108個顯著的變異位點，包含9個R基因，其中3個編碼NLR類蛋白基因在所有環境中均被檢測到。為進一步篩選可能的候選基因，分別在新麥26和周麥22接菌後不同時間段檢測三個NLR類基因的表達量。熒光定量結果表明，周麥22中的TaCN和Lr13能夠受Pt誘導表達🤽🏼♀️。隨後在新麥26和周麥22中對這兩個基因進行克隆。測序結果顯示👩🏻🎤👷🏻，在TaCN的215 bp處有一個單堿基G缺失，導致周麥22中的TaCN翻譯提前終止，並將該類型命名為TaCN-R🤥🤟，而新麥26中正常翻譯的TaCN命名為TaCN-S；Lr13在新麥26和周麥22中存在72處變異🏋🏿。為了驗證Lr13的抗葉銹病功能，構建了超表達載體並遺傳轉化高感葉銹病小麥品種Fielder。4個轉基因陽性植株的T2家系在成株期均表現出更高抗性🫶🏼，說明Lr13正向調控葉銹病抗性。
根據前人研究，不同的NLR類蛋白之間可通過相互作用共同參與抗病過程，猜測TaCN是否也參與了Lr13調控的葉銹病抗性。為了驗證Lr13與TaCN （TaCN-R 和TaCN-S）之間的關系，進行了LUC、pull-down、Co-IP和BiFC實驗，結果顯示Lr13與TaCN-R之間存在強烈互作，但與TaCN-S之間沒有互作關系。亞細胞定位結果顯示⛹🏼♂️，Lr13定位在細胞核🙇♂️，TaCN-R和TaCN-S分別定位在細胞核和細胞膜👨🏿🔧。而BiFC結果顯示Lr13與TaCN-R共表達後只能觀測到膜信號，說明共表達TaCN-R可能改變Lr13的亞細胞定位。LUC試驗也表明TaCN-R與Lr13能夠通過CC結構域相互作用。這些結果說明TaCN-R可能通過與Lr13互作調控葉銹病抗性。
