Nature Comm | 一个新的小麦叶枯病广谱抗性基因

责编 | 王一

全球约有35%~40%的人口以小麦为主要粮食，其种植面积远超过玉米、水稻、大豆，是世界第一大粮食作物。小麦的生长发育常受到一些病虫害的威胁，严重影响其产量和品质。 小麦叶枯病（Septoria tritici blotch，STB） 由 Zymoseptoria tritici 引起， 是一个世界性的小麦病害，极大地降低了小麦的总体产量 【1】 。

迄今为止，已在栽培小麦、地方小麦品种、野生小麦和六倍体小麦 中鉴定到了22个主要的Stb抗性基因 【2, 3】 。2018年，Nature Genetics报道了第一个Stb基因Stb6 【4】 ，该基因的克隆为小麦叶枯病抗性基因Stb的研究奠定了重要基础。

近日，法国国家农业食品与环境研究所的Thierry Langin团队在Nature Communications发表了题为A wheat cysteine-rich receptor-like kinase confers broad-spectrum resistance against Septoria tritici blotch的研究论文，报道了一个新的小麦叶枯病广谱抗性基因Stb16q。

在该工作中，研究人员首先发现SHW TA4152-19具有独特的广谱抗性，可抵抗不同地理分布的64种Z. tritici病原菌。QTL分析表明，位于Stb16q基因座及其附近存在一个主要的抗性基因。通过功能验证，确认Stb16q是Crk6，其编码一个富含半胱氨酸的类受体激酶。Stb16q基因包含7个外显子和6个内含子，其转录长度为3975 bp，主要在小麦的叶片中表达，并且随着发育阶段而表达增强。STB16蛋白包含两个DUF26结构域，一个跨膜结构域和一个细胞内丝氨酸/苏氨酸 （Ser/Thr） 蛋白激酶结构域。在烟草叶片中的瞬时表达发现，STB16-GFP主要定位于质膜上。

进一步研究发现，STB16可能在早期阶段阻止Z. tritici的侵染。已有的研究表明，包含DUF26结构域的Gnk2具有甘露糖结合活性 【5】 ，涉及该活性的所有氨基酸均在STB16 C端的DUF26结构域中保守，表明STB16可能识别质外生植物或真菌衍生的甘露糖或衍生物，进而触发Stb16q介导的广谱防御，在病原体穿过气孔或进入气孔下腔之前阻止病程的发展。

STB16在Z. tritici感染的早期阶段发挥作用

综上所述，作者通过比较基因组学、诱变和功能互补鉴定到一个新的小麦叶枯病广谱抗性基因Stb16q。STB16编码一个富含半胱氨酸的类受体激酶，可能在病原菌感染的早期阶段发挥作用。重要的是，在现有的栽培小麦品种中几乎没有Stb16q，未来或可将Stb16q引入到栽培小麦中，以实现小麦对叶枯病的广谱抗性，这也凸显了种植资源对小麦遗传改良的重要性。

参考文献

1. Savary, S. et al. The global burden of pathogens and pests on major food crops. Nat. Ecol. Evol. 3, 430–439 (2019).

2. Brown, J. K. M., Chartrain, L., Lasserre-Zuber, P. & Saintenac, C. Genetics of resistance to Zymoseptoria tritici and applications to wheat breeding. Fungal Genet. Biol. 79, 33–41 (2015).

3. Yang, N., McDonald, M. C., Solomon, P. S. & Milgate, A. W. Genetic mapping of Stb19, a new resistance gene to Zymoseptoria tritici in wheat. Theor. Appl. Genet. 131, 2765–2773 (2018).

4. Saintenac, C. et al. Wheat receptor-kinase-like protein Stb6 controls gene-for-gene resistance to fungal pathogen Zymoseptoria tritici. Nat. Genet. 50, 368–374 (2018).

5. Miyakawa, T. et al. A secreted protein with plant-specific cysteine-rich motif functions as a mannose-binding lectin that exhibits antifungal activity. PLANT Physiol. 166, 766–778 (2014).

https://www.nature.com/articles/s41467-020-20685-0#Sec9