小麥葉銹病是由葉鏽菌引起的世界性真菌病害，嚴重威脅小麥生產。尅隆和應用優异的抗葉銹病基因將有助於防控小麥葉銹病的發生。研究發現在將小麥抗葉銹病基因Lr13利用常規雜交導入一些小麥品種時，往往會引起雜種壞死現象。在小麥中，雜種壞死是由一對互補基因Ne1和Ne2共同控制。抗葉銹病基因Lr13與雜種壞死基因Ne2存在緊密連鎖關係，但是二者是否為同一基因仍不清楚。
近日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所劉志勇研究組與河北農業大學植物保護學院李在峰研究組合作尅隆了小麥高溫成株抗葉銹病基因Lr13與雜種壞死基因Ne2，並揭示二者為同一個基因，該基因表現為一因多效。該研究拓展了對植物抗病性與雜種壞死關係的認知，也為培育小麥抗葉銹病新品種提供了優良基因資源。
小麥品種周麥22高抗葉銹病。溫度試驗表明，周麥22在相對高溫時（25℃）表現出更好的葉銹病抗性。利用圖比特尅隆和MutRenSeq方法，從普通小麥品種周麥22中尅隆了抗葉銹病基因LrZH22，該基因編碼一個Rx_CC-NBS-LRR（NLR）結構域的抗病蛋白。利用感葉銹病突變體和轉基因實驗進一步證實該基因就是LrZH22。通過從抗葉銹病基因Lr13載體品系Manitou和RL4031中擴增NLR基因序列，發現兩個品系中的NLR基因序列與周麥22中的完全一致，說明LrZH22與Lr13為相同基因。
與此同時，通過精細定位小麥早衰基因els1（Ne2）發現其定位區間與LrZH22基因相互重疊，其中的NLR基因與els1基因共分離。通過轉錄組數據和基因組序列擴增分析，發現NLR基因是els1基因的重要候選基因，而有意思的是該NLR基因就是LrZH22/Lr13。通過序列比較發現，NLR基因在含els1的早衰親本、周麥22、Manitou和RL4031中均完全一致。進一步通過一系列的遺傳雜交實驗驗證NLR基因就是早衰基因els1（Ne2）。
利用新開發的LrZH22/Lr13/els1/Ne2基因功能標記掃描來自全世界的650份普通小麥發現，發現31份資料含有LrZH22/Lr13/els1/Ne2，且均表現高抗葉銹病。尤其值得注意的是小麥骨幹親本周8425B和黃淮麥區及北部冬麥區的一些主栽品種，如良星99、周麥22、農大212和煙農15等攜帶有該抗葉銹病基因Lr13，且田間仍保持有效的葉銹病抗性。囙此，抗葉銹病基因Lr13的有效應用為我國小麥葉銹病防治做出了重要貢獻。
這項研究成果於2021年5月7日線上發表於Molecular Plant（DOI:10.1016/j.molp.2021.05.009）雜誌上。河北農業大學博士研究生閆曉翠、遺傳發育所博士後李淼淼、河北農業大學副教授張培培、河南農業大學教授殷貴鴻為論文共同第一作者。河北農業大學教授李在峰和遺傳發育所研究員劉志勇為論文共同通訊作者。該項目獲得國家重點研發計畫、國家自然科學基金和中國科學院以及植物細胞與染色體工程國家重點實驗室的資助。
圖：小麥抗葉銹病基因LrZH22/Lr13和雜種壞死基因els1/Ne2尅隆和功能研究
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