PBJ | 中科院遗传发育刘志勇和赵玉胜团队合作开辟小麦功能基因发掘新途径：唤醒基因组中沉默的抗病基因！

普通小麦是异源六倍体，经历两次天然杂交多倍化和驯化后其遗传多样性大幅降低，优异基因及其等位基因遗传基础极其狭窄，极大限制了现代小麦育种中诸多性状的遗传改良。寻找小麦基因发掘新思路和提高优异基因遗传多样性的新途径，对于小麦遗传改良具有重要应用价值，也对其他作物遗传改良具有借鉴意义。普通小麦基因组庞大，含有大量的重复序列(84%)，基因组中存在大量由于转座子插入、多倍化和表观遗传修饰等原因导致的功能基因失活或丧失功能，成为隐匿或沉默的基因。利用现代遗传操作手段重新激活这类隐匿或沉默的基因，使其焕发功能，将会极大丰富小麦基因资源库，对于培育高产多抗优质广适新品种具有重要意义。

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所植物细胞与染色体工程国家重点实验室刘志勇和赵玉胜团队联合在植物学领域国际知名期刊《Plant Biotechnology Journal》（IF=13.263）在线发表了题为“Provoking a silent R gene in wheat genome confers resistance to powdery mildew”的研究论文。该工作利用基因工程手段对现代栽培小麦品种基因组中一个被转座子插入而沉默的抗病基因序列进行遗传操作，通过遗传转化激活其在感病小麦品种中的表达，重新赋予其抗白粉病功能，为发掘利用小麦基因组中大量被沉默和从未被育种利用的优异基因，增加小麦遗传多样性提出了全新的思路。

研究团队在前期从四倍体野生二粒小麦中克隆到抗白粉病基因Pm41的基础上，对该基因在小麦野生和栽培种质资源中的单倍型变异进行了深入分析，发现Pm41位点野生二粒小麦群体中包含至少7种单倍型（Hap1-Hap7），而在硬粒小麦和普通小麦中只存在3种单倍型Hap2（Pm41b，90%）、Hap3（Null，3-5%）和Hap7（5-7%），显示该位点在小麦进化和驯化过程中存在非常明显的遗传瓶颈。基因序列和表达分析发现，Hap2和Hap4-Hap7单倍型在启动子和3’-UTR区均存在转座子插入，导致基因沉默不表达，但均具有完整的潜在编码框。为探究这些被沉默的Pm41基因序列是否具有抗白粉病功能，采用转基因技术在感病小麦品种中过表达和互补了Pm41b基因，发现其对小麦白粉病表现出免疫或高抗，表明重新激活沉默的Pm41b基因可以赋予其抗白粉病功能。此外，未发现激活这类沉默的基因对小麦品种主要农艺性状和产量有不良影响。该研究不仅为抵抗小麦白粉病提供了新的可用基因资源，而且展示了发掘作物基因组中隐匿的优异功能基因进行高产抗病设计育种的全新策略和潜力。

中科院遗传发育所李淼淼副研究员，刘志勇研究组博士生董磊、朱科宇为该论文的共同第一作者，刘志勇研究员、赵玉胜研究员和董玲丽副研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、海南崖州种子实验室、中国科学院以及植物细胞与染色体工程国家重点实验室的资助。

转自：植物生物技术Pbj

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