【Nature Com】重要突破！对所有叶锈病菌种有效的小麦抗性基因被克隆

Lr42叶锈病抗性基因小麦在幼苗期和成体期都具有抗性，并且对迄今为止测试的所有叶锈病菌种广泛有效。2022年6月1日，Nature Communications在线发表了堪萨斯州立大学植物病理学系Sanzhen Liu课题组等合作题为“Cloning of the broadly effective wheat leaf rust resistance gene Lr42 transferred from Aegilops tauschii”的研究论文。该研究成功分离和克隆了小麦叶锈病抗性基因Lr42，揭示了Lr42 的候选基因为NLR 基因AET1Gv20040300，然后通过易感小麦系中的异位表达以及基因敲除诱变证实了候选基因对于Lr42介导的抗性是必需的和足够的。

小麦叶锈病是由叶锈菌引起的世界性真菌病害，严重威胁小麦生产。克隆和应用优异的抗叶锈病基因将有助于防控小麦叶锈病的发生。然而，在病原体的快速进化面前，抗性基因的有效性通常只有几年。尽管目前发现的小麦（Puccinia triticina）和大麦（P. hordei）叶锈病病原体抗性基因有106个，但只有10个的抗性基因被克隆了。小麦六个克隆的种族特异性位点叶锈病抗性基因包括Lr10、Lr21、Lr1、Lr22 a和Lr13 属于核苷酸结合富亮氨酸重复 (NLR) 基因家族，Lr14a编码含有锚蛋白重复的膜定位蛋白。已经克隆了两个种族非特异性基因，包括编码 ABC 转运蛋白的Lr34和编码己糖转运蛋白的Lr67。克隆的抗性基因可用于组装转基因多基因盒，以开发强大和持久的抗性品种，以对抗真菌的快速进化。

小麦抗叶锈基因Lr42来源小麦野生近缘种Aegilops tauschii Coss，是在苗期即开始表达的全生育期抗叶锈基因，具有很强的抗病性，应用潜力很大。迄今为止，Lr42基因对美国所有报道的叶锈病菌种（2020 年和前几年的分离株）均有效。Lr42 通过直接杂交将抗性基因座引入面包小麦品种“Century”，随后与Century 进行两次回交，并于1991 年在种质系KS91WGRC11 中释放。KS91WGRC11已广泛用于 CIMMYT 小麦育种计划，在 CIMMYT 系谱中以“ Lr42 ”系表示。CIMMYT 发布的几个KS91WGRC11 衍生品种具有突出的产量潜力。俄克拉荷马州的田间研究表明，具有Lr42渐渗的近等基因品系的产量增加了 26%，籽粒重量增加了 9%，这归因于叶锈病抗性。

Lr42基因先前使用六倍体小麦作图种群 被定位到染色体1D ( 1DS )的短臂。为了消除来自六倍体亲本的 A 基因组或 B 基因组同源序列的干扰，通过将抗性种质与Ae的易感种质杂交来构建两个二倍体作图种群。该研究采用 BSR-Seq方法能够绘制包含Lr42的基因组区域。进一步的精细定位将基因间隔限定为~116 kb 间隔，并揭示了 Lr42 的表达候选 NLR 基因AET1Gv20040300。然后通过易感小麦系中的异位表达以及基因敲除诱变证实了候选基因对于Lr42介导的抗性是必需的和足够的。

 Genetic mapping of the Lr42 gene.

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30784-9.pdf

转自： iPlants

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