Nature Communications | 研究揭示介导大麦叶锈病抗性的关键基因！

以下文章来源于Ad植物微生物 ，作者周小马

栽培大麦（Hordeum vulgare L.）是世界第四大谷物，主要用于酒精饮料的麦芽生产以及牲畜的谷物饲料和人类食物。但令人担忧的是，叶面病害会降低产量、谷物质量和收益率。由 Puccinia hordei Otth.引起的叶锈病非常普遍，经常造成季节性流行，给全球大麦生产造成重大经济损失。由于开展了大量的遗传和克隆研究，大麦属植物对叶锈病的抗性已得到很好的描述，并可广泛使用。然而，在大多数情况下，抗性的潜在基因并不清楚，这限制了在农业环境中有效和高效地应用。

植物免疫系统是多层次的，细胞外和细胞内的受体对病原体识别和抗病信号传导至关重要。生理小种特异性抗性指的是对病原体某些生理小种的防御，是通过两个主要免疫受体家族对病原体的感知来实现的：核苷酸结合富含亮氨酸重复（NLRs）和类受体激酶（RLKs）受体。迄今为止，谷类作物中最常见的免疫受体是 NLRs。不过，最近的证据表明，生理小种特异性抗性也受非典型基因类别的支配。最近的两项研究利用小麦和大麦泛基因组中已测序的染色体规模组装克隆出了生理小种特异性叶锈病抗性基因 Lr14a 和 Rph3。有趣的是，Lr14a 和 Rph3 分别编码一种膜结合的含有锚蛋白重复的蛋白和一种假定的执行蛋白。这些研究凸显了探索和利用谷类作物多种抗性机制的机会。

Rph7 是一个半显性遗传基因，最早出现在栽培品种"Cebada Capa"（PI 539113）上。Rph7 对欧洲和澳大利亚的大多数 P. hordei 分离株具有全阶段抗性，但在西班牙、北美以及最近在澳大利亚也发现了对 Rph7 有毒力的分离株。三体分析最初将 Rph7 映射到大麦染色体 3H，随后的双亲映射进一步将 Rph7 基因座细化到染色体 3H 的短臂，靠近端粒。对跨越所确定区间的物理重叠 BAC 克隆进行精细测绘和测序后发现，Rph7 位于一个单倍型高度分化的染色体区域内，这主要是由于存在大量含有不同类别逆转座子的栽培品种特异性插入。对叶锈病易感栽培品种 Morex 和含 Rph7 的株系 Cebada Capa 的 BAC 克隆进行 Shotgun Sanger 测序和组装后发现，Cebada Capa 存在一个 100 kb 的序列插入，而 Rph7 基因座上的基因则保持不变。在栽培品种特异性插入基因中没有发现典型的候选抗性基因。因此，四个共分离基因（HvHGA1、HvHGA2、HvPG1 和 HvPG4）被认为是 Rph7 抗性最合理的候选基因。尽管在 Rph7 基因座上进行了深入的序列比较分析和单倍型特征分析，但仍未确定抗性的致病基因。

2023年9月6日，国际权威学术期刊Nature Communications发表了澳大利亚悉尼大学Peter Dracatos和Robert Park以及CSIRO的Evans Lagudah团队合作的最新相关研究成果，题为A pathogen-induced putative NAC transcription factor mediates leaf rust resistance in barley的研究论文。

在本研究中，科研人员采用精细图谱和 RNA-Seq 方法分离出 Rph7 基因，并通过突变分析和转基因互补进行了确认。Rph7 是一个病原体诱导的非典型抗性基因，其编码的蛋白质与禾本科其他已知的植物抗病蛋白不同。利用 AlphaFold2 蛋白模型进行的结构分析表明，Rph7 编码一个假定的 NAC 转录因子，其锌指 BED 结构域与拟南芥 NAC 转录因子（ANAC019）的 N 端 DNA 结合结构域相似。基因表达分析表明，Rph7 介导了基础防御反应的激活和强度。Rph7 的分离突显了作物病害控制设计中抗性机制的多样化。

本文转载自Ad植物微生物

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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