南京农业大学发表《Nature Genetics》

1月15日，南京农业大学马正强教授团队在Nature Genetics上发表题为“Mutagenesis and analysis of contrasting wheat lines do not support a role for PFT in Fusarium head blight resistance”的研究论文。该研究利用翔实的实验数据证明在抗赤霉病位点Fhb1，富组氨酸钙结合蛋白编码基因HisR基因决定了对小麦赤霉病的抗性，而孔形成毒素蛋白基因PFT在其中不起作用。

赤霉病（FHB）是全球小麦生产上流行的毁灭性病害。Fhb1是迄今为止发现的抗赤霉病效应最强、表达最稳定，且应用最广泛的关键基因。2016年Rawat等人研究认为PFT是Fhb1位点的候选基因。但后续南京农业大学马正强教授团队和美国堪萨斯州立大学柏贵华教授团队的研究确定位于PFT基因附近约50kb的HisR（TaHRC）基因才是Fhb1的功能基因。由于缺乏仅携带HisR而不含PFT的重组体和单倍型，这两项研究虽证明PFT无法单独赋予赤霉病抗性，但不能排除HisR和PFT可能共同作用增强小麦赤霉病抗性的可能。

为了进一步阐明Fhb1位点抗赤霉病的机制，该研究团队在前期克隆HisR的基础上，利用11个携带不同HisR转基因事件的株系和Fhb1近等基因系，在12个遗传背景中创制了109个携带HisR和PFT不同等位基因的导入系，并进行抗赤霉病鉴定。他们发现，无论是携带HisR的近等基因系还是携带HisR转基因的导入系，赤霉病抗性都显著增强，且与HisR的来源无关。该团队进一步比较了四个遗传背景中携带和不携带PFT的HisR导入系的赤霉病抗性，结果表明所有HisR导入系的赤霉病抗性都不受PFT存在与否的影响（图1a,b）。根据PFT和HisR的有无进行所有遗传背景的合并比较，也得出相同结论（图1c）。

图1 不同遗传背景下携带和不携带HisR和PFT对赤霉病抗性的影响

此外，该团队利用CRISPR–Cas9技术在Fhb1近等基因系中创制了3个PFT提前终止，2个氨基酸缺失的突变体（图2a）。田间和温室的抗性鉴定结果表明，所有PFT突变体与Fhb1近等基因系、编辑阴性对照VW109的抗性水平一致，都表现为抗病（图2b,c），进一步证明PFT不能显著影响赤霉病抗性。此外，PFT突变对株高、开花和穗形态等农艺性状没有影响。虽然有报道认为赤霉病抗性程度与株高、开花期和穗部形态等农艺性状相关，但他们也未发现PFT对这些农艺性状的影响。

图2 MY背景Fhb1近等基因系R-7中的PFT编辑及其对赤霉病抗性的影响

该研究不仅对解析Fhb1位点抗赤霉病的机制十分重要，也为在小麦抗赤霉病分子育种中准确、高效利用Fhb1提供了重要的指导。PFT和His基因在物理位置上接近，但是由于许多携带PFT的小麦种质并不携带HisR，他们建议在分子标记辅助选择中应谨慎使用PFT功能标记，以避免误导。该研究受国家自然科学基金（31930081）、国家重点研发计划（2023YFD1200400）、江苏省重点研发计划（BE2021356）、江苏省种业振兴“JBGS”项目（JBGS2021013和JBGS2021046）以及江苏省现代作物生产协同创新计划的部分支持。

来源：南京农业大学